L'importanza dell'acqua: solvente universale e regolatore del pH cellulare

Importanza dell'acqua nel metabolismo

E' fondamentale in quanto tutto il metabolismo della cellula avviene in soluzione acquosa, e

in base alla concentrazione dei soluti avvengono diversi fenomeni. L’importanza dell’acqua è data

dalla possibilità di effettuare il legame idrogeno, che può determinare la solubilità o non solubilità

delle sostanze in acqua, e quindi può essere un solvente molto importante per le sostanze idrofile.

A temperatura ambiente l’acqua è allo stato liquido in quanto i legami idrogeno sono molti deboli e a tale temperatura si rompono. A basse temperature i legami diventano più forti, mentre a 100°C si rompono del tutto.

Proprietà chimiche dell'acqua

Nella molecola di acqua la parziale carica negativa è assunta dall’ossigeno, che ha sei elettroni nell’orbitale di valenza e acquisisce gli elettroni dell’idrogeno.

Quando una molecola di acqua è vicina alle altre le parziali cariche positive dell’idrogeno attirano le parziali cariche negative dell’ossigeno, formando il legame idrogeno. Questo rende l’acqua il solvente universale, che può sciogliere soluti solidi, liquidi o gassosi.

Un esempio è dato dall’NaCl nell’acqua, che si dissocia in Na+ e Cl-, che devono raggiungere la stabilità. L’Na+ ha una carica positiva che interagirà con le parziali cariche negative dell’ossigeno, il Cl- verrà attratto dalle parziali cariche positive dell’idrogeno.

Esistono anche molecole non polari, che si separano perché la molecola di acqua si dispone tutto attorno, ma si formano legami H2O-H2O e non H2O-molecola, l’acqua non si lega alla molecola idrofoba.

Forze di adesione e coesione

Nell’acqua sono presenti due tipologie di forze, dette di adesione e di coesione. Le forze di coesione fanno si che molecole simili si attraggano far di loro, mentre la forza di adesione è quella che si instaura tra la molecola di un liquido e un’altra sostanza (ad esempio il vetro del recipiente in cui si inserisce il liquido). Queste forze danno origine al fenomeno della capillarità e della formazione del menisco. Nella parte centrale del menisco le molecole spingono verso il basso, vincono quindi le forze di coesione, mentre vicino alle pareti vincono le forze di adesione. Il fenomeno della risalita capillare è alla base del trasporto dell’acqua all’intero dei tessuti

vegetali. Inoltre la pianta per velocizzare il processo attua la traspirazione, cioè permette all’acqua di uscire dalle foglie, questo fenomeno “tira” le altre molecole verso l’alto. Più stretto è il diametro del contenitore più elevata sarà la risalita.

Dissociazione dell'acqua e pH

La dissociazione dell’acqua determina variazione di acidità e basicità, ed è importate perché il metabolismo avviene solamente a determinati valori del pH. Il pH misura il grado di acidità di una sostanza e si definisce come il logaritmo negativo in base 10 della concentrazione molare degli ioni H+. Quindi pH = – log[H+]. Analogamente il pOH misura il grado di basicità di una sostanza e si definisce come il logaritmo negativo in base 10 della concentrazione molare degli ioni OH–. Quindi pOH = – log[OH–].

Gli acidi e le basi, posti in soluzione acquosa, assumono comportamenti diversi, in base ai quali vengono classificati come forti o deboli. Sono considerati forti quegli acidi e quelle basi che in acqua sono completamente ionizzati.

Il pH di una cellula varia da 5,5 a 6, le cellule hanno delle pompe protoniche che sono in grado di espellere idrogenioni dal citoplasma, questo serve per mantenere stabile il pH (operazione con dispendio energetico).