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CAPITOLO 2: L'ACQUA, IL SOLVENTE DELLA VITA - Coggle Diagram

- - - - L’acqua interagisce elettrostaticamente con i soluti carichi
        L’acqua è particolarmente efficace nello schermare le interazioni elettrostatiche fra gli ioni disciolti, perché la sua costante dielettrica, una proprietà fisica che riflette il numero di dipoli presenti nel solvente, è particolarmente elevata.
        La solubilizzazione si verifica solo se la forza attrattiva tra le particelle di soluto e di solvente è sufficiente a controbilanciare le forze intermolecolari esistenti tra le molecole di soluto e di solvente tra di loro.
      - L’acqua forma legami idrogeno con i soluti polari
        I legami idrogeno sono più forti quando le molecole legate sono orientate in modo da rendere massima l’interazione elettrostatica, e ciò avviene quando l’atomo di idrogeno e gli altri due atomi che partecipano al legame sono su una linea retta. In questo modo, la carica positiva dello ione idrogeno è posta tra le due cariche parzialmente negative. I legami idrogeno sono quindi direzionali e capaci di tenere unite due molecole o due gruppi in una disposizione geometrica specifica.
    - - I composti non polari causano variazioni energeticamente non favorevoli nella struttura dell’acqua
        I soluti idrofobi non hanno questo meccanismo di compensazione e la loro aggiunta all’acqua può provocare un piccolo aumento di entalpia: la rottura dei legami idrogeno tra le molecole d’acqua sottrae energia al sistema recuperandola dall’ambiente. Oltre alla richiesta di tale apporto di energia, l’aggiunta di composti idrofobi all’acqua produce una diminuzione di entropia.
        Le molecole d’acqua nelle immediate vicinanze di un soluto non polare sono costrette ad assumere un orientamento preciso, in quanto formano una struttura altamente ordinata simile a una gabbia che circonda ciascuna molecola di soluto, così da costituire il massimo numero di legami idrogeno tra le molecole di solvente. Il numero delle molecole di acqua disposte in modo ordinato, e quindi l’entità della diminuzione dell’entropia, è proporzionale all’area della superficie del soluto idrofobo incluso nella gabbia di molecole d’acqua.
        Anche i legami idrogeno fra l’acqua e le molecole di soluti polari determinano un aumento dell’ordine delle molecole d’acqua, ma l’effetto energetico è meno significativo di quello dei soluti non polari.
        
        Effetto idrofobico
        Quando un composto anfipatico viene mescolato all’acqua, la sua regione polare idrofila interagisce favorevolmente con l’acqua e tende a dissolversi, mentre la regione non polare, idrofoba, evita il contatto con l’acqua. Le regioni non polari delle molecole si raggruppano in modo da esporre al solvente acquoso la minor superficie possibile, mentre le regioni polari si dispongono in modo da rendere ottimali le loro interazioni reciproche e quelle con l’acqua, un fenomeno detto “effetto idrofobico”.
        
        Micelle
        Raggruppandosi nelle micelle, le regioni non polari delle molecole raggiungono la massima stabilità termodinamica, poiché riducono al minimo il numero di molecole d’acqua disposte in modo ordinato necessarie a circondare la porzione idrofoba delle molecole di soluto, aumentando l’entropia del sistema.
        
        Membrane biologiche
        Un caso particolare di questo effetto idrofobico è rappresentato dalla formazione del doppio strato lipidico nelle membrane biologiche.
        
        Tasca idrofobica nelle proteine
        L’aggregazione degli amminoacidi non polari nella parte interna delle proteine, causata dall’effetto idrofobico, stabilizza la struttura tridimensionale di queste molecole.
      - I gas non polari sono poco solubili in acqua
- - - - Frequenza della respirazione
        La frequenza della respirazione, cioè la velocità dell’inspirazione e dell’espirazione, può regolare rapidamente questi equilibri e mantenere il pH del sangue pressoché costante. La frequenza della respirazione è controllata dal centro nervoso posto nel tronco encefalico, che risponde all’aumento della pCO2 o alla diminuzione del pH del sangue aumentando la profondità e la frequenza del respiro. L’iperventilazione, il respiro corto causato a volte da stress o ansia, rovescia il normale equilibrio di O2 inspirato e CO2 espirato, a favore di un’eccessiva emissione di CO2, innalzando il pH del sangue a 7,45 o più. Questa alcalosi può causare capogiri, mal di testa, debolezza e perdita di coscienza cui un semplice rimedio è di respirare velocemente in un sacchetto di carta. L’aria contenuta nel sacchetto si arricchisce di CO2 e inalarla incrementa la concentrazione di CO2 nel corpo e nel sangue e abbassa il pH del sangue.