H2O E SISTEMI BIOLOGICI Flashcards
Perché il legami a H sono i più forti tra i legami deboli?
È un legame con carattere geometrico e direzionato. Questo è dovuto alla sovrapposizione degli orbitali nel legame. H è un atomo molto piccolo e carico positivamente, perciò gli orbitali dell’alto o elettronegativo che si lega a H e dell’altro atomo elettronegativo che accetta il “ponte” si sovrappongono bene e il legame si instaura perpendicolarmente a questa sovrapposizione. Questa parziale sovrapposizione di orbitali dona al legame a H una direzionalità che nessun altro legame debole presenta. Sono rilevanti biologicamente perché stabilizzano la maggior parte delle molecole biologiche.
Quali sono gli atomi coinvolti nei legami a idrogeno?
L’ossigeno può fungere da accettore di legami a idrogeno, ma a sua volta può avere un atomi di idrogeno attaccato e quindi fungere da donatore, come avviene nell’acqua. L’azoto può legarsi ad un atomo di idrogeno fungendo da accettore, oppure l’azoto può essere donatore perché può avere legato un atomo di idrogeno che lega un ossigeno.
Quali sono i tamponi presenti nel nostro organismo?
I tamponi presenti nel nostro organismo sono quelli con pKa vicino al pH fisiologico. La pKa è il valore di pH in cui una specie acida è presente allo stesso modo in forma protonata e deprotonata. Le specie con pKa più bassa del pH fisiologico sono protonate, mentre quelle con pKa più alta del valore di pH fisiologico sono deprotonate.
Il sistema tampone del corpo umano consiste in 3 diversi sistemi tamponi: il sistema acido carbonico/bicarbonato, il sistema fosfato e il sistema tampone della proteine del sangue (emoglobina).
L’acido carbonico è un acido debole, in soluzione è in equilibrio con lo ione bicarbonato:
H2CO3 —> H+ + HCO3-
L’acido carbonico si forma dalla reazione tra l’anidride carbonica e l’acqua. Poiché l’acido carbonico è molto debole, spesso si trova questo equilibrio scritto come: CO2/HCO3- . In condizioni normali il bicarbonato è 20 volte maggiore rispetto all’acido carbonico, quindi il sangue risulta essere debolmente basico (7,35-7,45 a seconda del venoso o arterioso). Questo anche perché il metabolismo umano produce più sostanze acide che basiche per cui la leggera basicità del sangue ‘neutralizza’ queste sostanze.
Il sistema respiratorio è in grado di regolare il giusto livello di pH del sangue eliminando la CO2. La reazione globale di formazione di questo tampone può essere scritta nel modo seguente:
2 H2O + CO2 —> H2CO3 + H2O—> H3O+ + HCO3-
Parla del tampone dell’emoglobina
Il principale tampone proteico del sangue è costituito dall’emoglobina, la proteina contenuta nei globuli rossi e capace di combinarsi reversibilmente con l’ossigeno.
L’emoglobina (che secondo la convenzione inglese abbrevieremo come Hb) è una macromolecola proteica formata da quattro subunità uguali a due a due. Può trovarsi nel sangue nelle forme desossigenata ed ossigenata (parzialmente o totalmente), che indicheremo genericamente come Hb ed HbO2, avvertendo che nel sangue venoso è presente una miscela delle due mentre nel sangue arterioso si trova quasi esclusivamente HbO2.
La molecola di Hb presenta vari gruppi ionizzabili, ma nell’intervallo di pH fisiologico del sangue si comporta come un acido debole biprotico con i due pKa uguali tra loro (questo è possibile perché i gruppi ionizzabili si trovano su subunità diverse e non si influenzano tra loro). Tenendo conto di quanto detto e del fatto che la concentrazione di Hb è circa 5 mM nei globuli rossi e circa 2,5 mM nel sangue intero, si può ritenere che la concentrazione dell’Hb come tampone corrisponda a circa un quinto di quella del sistema anidride carbonica-bicarbonato.
E’ evidente che l’Hb è un buon tampone al pH del sangue: infatti entrambi i suoi pKa sono prossimi a 7,4. Bisogna inoltre considerare che la variazione del pKa conseguente all’ossigenazione dell’Hb va nella direzione di migliorare ulteriormente il suo potere tampone; infatti:
1. Nel sangue venoso, che è più acido, l’Hb è in parte desossigenata ed il suo pKa è maggiore del pH del sangue; pertanto l’Hb si combina con H+ e si oppone all’acidificazione causata dal rilascio di CO2 da parte dei tessuti.
2. Nel sangue arterioso, che è più basico, l’Hb è completamente ossigenata (HbO2) ed il suo pKa è più basso del pH; pertanto l’HbO2 rilascia H+ e si oppone all’alcalinizzazione causata dall’eliminazione respiratoria della CO2.
Si vede quindi che l’azione tampone dell’Hb è sinergica con quella della CO2 ed i due sistemi lavorano meglio insieme di come farebbero se fossero isolati ed indipendenti.
