L’aigua (2016)

Apunte Catalán
Universidad Universidad de Barcelona (UB)
Grado Enfermería - 1º curso
Asignatura Bioquímica
Año del apunte 2016
Páginas 8
Fecha de subida 25/04/2016
Descargas 15
Subido por

Vista previa del texto

Ona Muñarch Garcia 1r Infermeria Bioquímica: 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 en els éssers humans Distribució de l’aigua en l’ésser humà % del pes corporal Gent gran Dones adultes Homes adults Lactants Aigua total 45-50 50 60 75 - Intracel·lular <30 30 40 40 - Extracel·lular 20 20 20 35 Vascular 4 4 4 5 Intersticial 16 16 16 30 § 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.
§ 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.
§ 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 L’aigua segons els teixits 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 Ona Muñarch Garcia 1r Infermeria Teixit % H2O/ pes teixit % H2O/ pes cos Pell 72 18,0 Múscul 75,7 41,4 Esquelet 31 16,0 Cervell 74,8 2,0 Fetge 68,3 2,3 Cor 79,2 0,5 Pulmons 70 0,7 Ronyons 82 0,4 Melsa 75,8 0,2 Budells 74,5 1,8 Teixit adipós 10 9,0 Sang 83 7,7 La estructura molecular de l’aigua explica moltes de les seves propietats “anòmales” § La molècula d’aigua és un dipol (molècula dipolar o polar).
§ Els dipols s'atreuen entre sí per l'atracció entre càrregues de signe contrari i es repulsen per la repulsió entre càrregues iguals.
§ Les interaccions polars són febles (al voltant del 4 KJ/mol) i a diferència de les electrostàtiques decauen ràpidament amb la distància.
§ La molècula d'aigua representada segons la fórmula de Lewis (cada electró és un punt que envolta al nucli de l'àtom) prediu que hi haurà dos parells d'electrons no compartits. Això es confirma en l'estructura tridimensional de la molècula, on l'àtom d'oxigen ocupa el centre d'un tetràedre, dues de les posicions de coordinació estan ocupades pels parells d'electrons compartits amb els hidrògens i que constitueixen els enllaços OH (a la imatge superior són els orbitals allargats) i les altres dos estan ocupades pels parells d'electrons no compartits (orbitals circulars de la imatge superior).
§ No obstant això, hi ha una important diferència entre els orbitals d'electrons no enllaçants i els orbitals d'electrons compartits, ja que a causa de que un orbital no enllaçant no té nucli atòmic en el seu extrem per extreure el núvol d'electrons cap a ella, la càrrega en tal orbital es concentra més a prop a l'àtom central.
Com a conseqüència, els orbitals no enllaçants, propera a l'oxigen exerceixen més repulsió sobre els orbitals enllaçants (els allargats) que queden més junts. Així l'angle H-O-H és de 104.5 ° en lloc de l'angle tetraèdric regular de 109,5 °. Per aquest motiu, tot i que l'àtom d'oxigen està coordinat tetraèdricament, la geometria d'unió (la forma) de la molècula d'H2O es descriu com no tetraèdrica (representació central). Ona Muñarch Garcia 1r Infermeria § 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 carrega 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.
§ Els dipols s'atreuen entre sí per l'atracció entre càrregues de signe contrari i es repulsen per la repulsió entre càrregues iguals (imatge de la dreta). Són interaccions de tipus polar, febles (al voltant del 4 KJ/mol) que, a diferència de les interaccions electrostàtiques decauen ràpidament amb la distància.
Els ponts d’hidrogen en l’aigua líquida § Les molècules d’aigua giren (Energia rotacional), es traslladen (E translacional) i vibren (E vibracional) en funció de la Temperatura (T).
§ 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 (gran cohesió entre les molècules d’aigua líquida).
§ 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.
L'energia d’un pont d’hidrogen depèn dels acceptors i donadors del H. Aquí es representen ponts de H de major a menor energia d'enllaç.
El ponts de H també podran establir-se entre la molècula d’aigua i altres molècules polars, determinant, en bona part, la seva miscibilitat.
Ona Muñarch Garcia 1r Infermeria Propietats físiques § Tensió superficial § Capil·laritat § Calor específic à (Ce) és la quantitat de calor que s'ha de donar a un compost per elevar la seva T en 1K (1ºC). Per tant és també la quantitat de calor que proporcionarà aquest compost quan es refredi 1K(1ºC) El Ce de l'aigua és, tret l’NH3, el més alt entre els compostos coneguts.
§ Densitat del gel à més dens el gel que l’aigua.
L’aigua com a dissolvent § Degut al caràcter polar i a ser líquida entre 0 -100ºC, l’H2O és el dissolvent de gran quantitat de compostos, característica essencial per a la vida.
§ 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.
Temperatura Gas Dissolvent Solubilitat 25ºC O2 Aigua 8 mg/l (0,25 mM) 25ºC N2 Aigua 28 mg/l (1 mM ) 25ºC Aire (21% O2+ 79% N2) Aigua 24 mg/l 15ºC O2 Aigua mar 8 mg/l 25ºC O2 Aigua mar 6 mg/l 36ºC O2 Aigua mar 5,8 mg/l 25ºC CO2 Aigua 5,3 mg/l (0,12 mM) 25ºC CO2 en forma H2CO3 Aigua 1,45g/l (33mM) Molècula apolar petita 25ºC CH4 (metà) Aigua 32 mg/l 25ºC C6H14 (hexà) Aigua 6 mg/l Ona Muñarch Garcia 1r Infermeria Líquids polars En aigua Etanol CH3CH2OH Miscible a qualsevol % Èter etílic CH3-CH2-O-CH2-CH3 69 g/l no es considera miscible Cloroform CH3Cl3 8 mg/l no miscible, fa capa en la base Compostos orgànics polars Glucosa Sacarosa 0,5 M (91 g/l) 5,8 M (1980 g/l) Compostos iònics (sals) NaCl, KCl, CaCl , Na CO , K CO , 2 2 3 2 3 Na SO , CaSO , CaHPO , Na HPO 2 4 4 4 2 4 Sals i àcids orgànics Acetat sòdic, lactat sòdic, lactat càlcic àcid làctic, citrat sòdic, urat sòdic, àcid úric, oxalat càlcic.
Macromolècules orgàniques Proteïnes 1µm) (globulines) (1nm- Solucions col·loïdals Polisacàrids (midó) (1nm-1µm) Solucions col·loïdals Partícules entre de mida > 1µm Suspensions 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.
Ona Muñarch Garcia 1r Infermeria § 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.
Compostos amfipolars o amfipàtics § 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 distès respiratori en prematurs).
§ Exemples: Tensioactiu o surfactant alveolar pulmonar, sals biliars emulsionat les grasses al duodè, liposomes...
Propietats col·ligatives de les solucions aquoses § Únicament depenen de la concentració de solut i no de la naturalesa de les seves molècules, són: ↓ de la pressió de vapor del dissolvent, ↑de la temperatura d’ebullició, ↓ de la t de congelació, i aparició de la pressió osmòtica (esquematitzada a continuació).
Una membrana semipermeable, (citoplasmàtica i intracel·lulars) únicament permet el pas de les molècules d’aigua, que difonen per tal de igualar la osmolaritat dels dos fluids veïns.
§ La osmolaritat d'una solució mesura la concentració de tots els soluts responsables de la pressió osmòtica.
§ La osmolaritat dels fluids fisiològics és de 0,281 Osm(osmols) = 281 mOsm (miliosmols), que equival a la osmolaritat d’una solució 0,9% de NaCl (sèrum fisiològic salí).
§ Tipus de membranes - Impermeables à no permeten el pas ni de soluts ni del dissolvent d’una dissolució.
- Semipermeables à no permeten el pas dels soluts vertaders, però sí de l’aigua.
- Dialítiques à permeables a l’aigua i soluts vertaders, però no als soluts col·loïdals.
- Permeables à permeten el pas del dissolvent i de soluts col·loïdals i vertaders; són impermeables 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 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.
Ona Muñarch Garcia 1r Infermeria § 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 cada dissociació electrolítica.
Ionització de l’aigua pura § A Temperatura ambient nomes una de cada 10 milions de molècules d’aigua estarà ionitzada i la concentració de protons igual a la de hidroxil on és de: [H+] = [OH-] = 10-7 M § A partir d’aquí s’estableix la constant d’ionització de l’aigua o producte iònic de l’aigua (kw): kw = [H+][OH-]= 10-14 ...i aplicant logaritmes : pKw = pH + pOH = 14 § 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’hidrogen, HCN, poden dissoldre’s bé en aigua aportant protons (en realitat hidronis): HCl(g) + H2O ......... Cl-(aq) + H3O+ § 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.
Ona Muñarch Garcia 1r Infermeria 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 òptim de la sang humana ha de ser lleugerament pH = - log [H+] alcalí amb un valor entre 7.35 i 7.45, però per desgràcia [H+] = 10 –pH s'estima que el 90% dels habitants dels països pOH= -log [OH-] suposadament desenvolupats pateixen una certa acidosi, [OH-] = 10–pOH incloent als nens a causa de l'alimentació , els hàbits respiratoris.
§ Per fer-nos una idea de lo fràgil que és l’equilibri de pH i la seva importància vital: si el pH sanguini disminueix fins 7,1 es produeix el coma i si arriba al 6,9 es produeix la mort, també moriríem si l'alcalinitat de la nostra sang arribés al 7,8.
§ L'orina és un sistema aquós en el qual es troben dissolts col·loides, macromolècules com proteïnes, ions com Na +, Ca2 +, Cl-, Mg2 + i molècules com glucosa, aminoàcids, urea, àcid úric, etc.
Aliments que en metabolitzar-se tendeixen a acidificar / alcalinitzar el medi intern Sistemes amortidors, tampons o buffers § En els animals amb pulmons, el sistema amortidor carbònic / bicarbonat és especialment efectiu. En aquests animals, el H2CO3 del plasma sanguini està en equilibri amb el CO2 gasós present en l'espai aeri dels pulmons, la qual cosa suposa una reserva pràcticament il·limitada de CO2 que pot participar en l'equilibri.
§ Els grups ionitzables de les proteïnes poden tamponar el medi fins a un cert punt perquè l’excés d'àcid o base pot alterar la càrrega neta de la proteïna i desnaturalitzar-la.
...

Comprar Previsualizar