Bilancio idrico

COSTITUZIONE DELLA MOLECOLA DI ACQUA

L’atomo di ossigeno ha 6 e- negli orbitali esterni (è più elettronegativo dell’atomo di idrogeno che ne

ha solo 1): attrae gli elettroni dell’idrogeno. Questo porta a una parziale carica negativa sull’ossigeno

e una positiva su ogni atomo di idrogeno:

Le cariche parzialmente opposte della molecola di acqua portano alla formazione dei legami a

idrogeno intermolecolari con altre molecole.

Con chi li fa i legami a idrogeno? Con sacco di molecole, magari le molecole degli aminoacidi, le

molecole degli acidi nucleici, ma fondamentalmente i legami idrogeno con altre molecole d'acqua

sono quelli che preferisce. In particolar modo l'ossigeno fa sempre due legami idrogeno con altri due

idrogeni, in una molecola d'acqua, e gli idrogeni con un ossigeno ed un ossigeno (un ossigeno per

ogni idrogeno). I legami a idrogeno sono quei legami che, se consideriamo miriadi di molecole

d'acqua, ne determinano le sue proprietà chimico, fisiche: coesione, adesione e tensione.

Quando si parla di pianta, in particolare parliamo dei tubi capillari dello xilema, le molecole d’acqua

aderiscono alle pareti dello xilema, queste saranno coese tra di loro, di conseguenza attaccate l'una

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all'altra, quindi si formerà una colonna d'acqua.

Se voi mettete una bolla di gas, una molecola di gas dentro un liquido, questa tenderà a formare una

bolla perché cerca di ridurre al minimo l'interazione con le molecole d'acqua, o meglio sono le

molecole di acqua che cercano di ridurre al minimo l’interazione con il gas. Perchè?

Le molecole di H2O sono attratte dalle altre molecole di acqua tramite legami ad H e queste

interazioni sono molto più forti di qualsiasi interazione con la fase gassosa adiacente.

Per far aumentare all'interfaccia aria-liquido devo mettere energia e questa energia si chiama

tensione superficiale.

ESEMPIO:

Pensate sempre allo xilema a quello che vi ho detto prima riguardo una siringa piena d'acqua. Allora se premi

il pistone, l'acqua viene compressa e anche la bolla d'aria che si trova nell'acqua, viene compressa e si forma

una pressione idrostatica positiva.

Nello xilema invece se tiro dalla parte opposta, tirando il pistone, si genera una pressione idrostatica negativa.

Nello xilema la traspirazione delle foglie corrisponde al tiro del pistone nella siringa. Che succede alla colonna

d'acqua dentro un tubo capillare dello xilema? Sale per capillarità, perché la capillarità è la somma di quelle

tre forze, la coesione, cioè le molecole d'acqua stanno tutte unite, l'adesione alla parete dello xilema e anche la

tensione superficiale, quindi la colonna d'acqua anche se viene tirata da pressioni molto negative non si

rompe. Talvolta però, quando la traspirazione è molto forte, le micro bollicine di gas presenti nella linfa grezza

si possono espandere creando un fenomeno detto cavitazione, e la colonna di acqua si rompe.

La cavitazione è un fenomeno che la pianta prende in considerazione perché sa anche come reagire, sa come

mettere in atto dei meccanismi per difendersi da eventuali bolle d'aria all'interno dello xilema.

→ Questo è ciò che bisogna dire se ci dovesse chiedere all'esame “quali sono le caratteristiche

dell'acqua?”, le dite, magari fate un esempio con lo xilema e poi generalmente chiede quello che

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vedremo come trasporto xilematico e la teoria della coesione tensione.

QUALI SONO LE FORZE CHE GUIDANO IL MOVIMENTO DELL’ACQUA?

Sia a livello cellulare che a livello della pianta.

● INIZIAMO CON IL MOVIMENTO DELL’ACQUA NELLA PIANTA:

Quando l'acqua si sposta dal terreno all'atmosfera attraverso la pianta viaggia attraverso strutture

molto diverse e anche il meccanismo di trasporto varia a secondo il tipo di struttura (parete cellulare,

citoplasma, doppio strato lipidico, spazi aeriferi).

DIFFUSIONE

-

L'acqua e le sostanze in essa disciolte si muovono per diffusione spontaneamente per raggiungere il

minimo di energia libera possibile per quel sistema → L’acqua segue il secondo principio della

termodinamica.

Se non è presente nessun tipo di impedimento l’acqua, e le molecole in essa disciolte, si muovono per

diffusione.

LEGGE DI FICK: 10

Il meno è presente perché si va da zone a maggiore a minore concentrazione.

Come possiamo vedere maggiore è l'area attraverso cui le molecole si possono muovere, maggiore

sarà la velocità. Inoltre la velocità è direttamente proporzionale alla differenza di concentrazione,

ovvero se da un lato ci sono tante cellule, mentre dall’altro ce ne sono poche la velocità aumenta.

Aumentando l'area di contatto la velocità di diffusione aumenta perché aumenta l'interfaccia

attraverso la quale la diffusione può avvenire. Infatti, ci sono delle cellule a livello del floema che

vedremo in seguito, che si chiamano cellule compagne in cui ci sono tantissime invaginazioni sulla

superficie cellulare che non fanno altro che aumentare l'area di contatto per fare in modo che il

trasferimento dell'acqua e dei soluti in essa disciolti da quella cellula alla cellula adiacente sia più

veloce. 11

COME CALCOLO IL TEMPO DI DIFFUSIONE?

Di conseguenza nello xilema l'acqua non si muove per diffusione perché le tempistiche

sarebbero troppo lunghe; la diffusione avviene solo all'interno delle cellule e a livello di

vapore acqueo, nella traspirazione.

→ Quindi quand’è che l’H2O si muove per diffusione? 12

FLUSSO DI MASSA

- (movimento dell'acqua nei tessuti conduttori)

Si intende il movimento di molecole di acqua in risposta ad un gradiente di pressione (nella pianta ci

sono dei tubi, xilema e floema, in cui l'acqua si muove tramite flusso di massa).

Questa formula ci dice che la velocità di flusso è direttamente proporzionale alla grandezza del raggio

(maggiore è il diametro, e dunque il raggio, del tubo attraverso cui l’acqua passa, maggiore è la

velocità), ma è anche direttamente proporzionale alla differenza di pressione fra i due estremi, ed è

inversamente proporzionale alla viscosità del liquido, indicata con la lettera “eta”.

IL MOVIMENTO DI ACQUA NELLO XILEMA E NEL FLOEMA, NEI TESSUTI CONDUTTORI,

AVVIENE PER FLUSSO DI MASSA.

OSMOSI

-

Per osmosi si intende la diffusione di molecole di acqua tramite una membrana semipermeabile

(come la membrana cellulare), che si lascia attraversare dal solvente, ma non dal soluto. 13

Esempio:

Abbiamo due contenitori separati da una membrana semipermeabile, nel contenitore A c'è un

solvente contenente soluto quindi, a parità di volume, nel contenitore B avremo più molecole di

acqua; dunque l'acqua si sposta da B a A, secondo gradiente di concentrazione.

Immaginiamo di mettere una cellula in una soluzione ipotonica, anche in questo caso il contenitore

contiene più cellule di acqua rispetto alla cellula e dunque queste tenderanno ad entrare dentro la

cellula (mentre la cellula animale scoppia quella vegetale no, grazie alla presenza della parete

cellulare.)

L'acqua che entra finisce dentro il vacuolo che inizia a gonfiarsi e premere contro la parete cellulare

esercitato una pressione, questa pressione spinge le molecole d'acqua fuori e si va a creare una

situazione di equilibrio.

Acqua entra per gradiente di concentrazione ed esce per gradiente di pressione = alla base del

concetto di potenziale idrico → Si crea ad un certo punto una situazione di equilibrio tale per cui tante

sono le molecole che entrano e tante sono le molecole che escono e la cellula è TURGIDA.

N.B. L’osmosi, come la diffusione e il flusso di massa, avviene spontaneamente in risposta ad un forza

motrice:

LA 14

DUPLICE COMPONENTE, GRADIENTE DI CONCENTRAZIONE E GRADIENTE DI

PRESSIONE, VIENE ESPRESSA COME GRADIENTE DI POTENZIALE CHIMICO DELL’ACQUA

O MEGLIO COME GRADIENTE DI POTENZIALE IDRICO.

Acquaporine = proteine canale specializzate nel passaggio di acqua, l'acqua diffonde tranquillamente,

ma queste proteine servono per velocizzare il passaggio di acqua. Possono essere aperte o chiuse.

Le acquaporine dunque non sono altro che pori a livello della membrana cellulare attraverso cui

l’acqua entra ed esce più facilmente a seconda che siamo aperti o chiusi ed a seconda della direzione

in cui il potenziale idrico gli dice di andare.

Il potenziale idrico non è altro che il potenziale chimico dell’acqua dato dalla somma di tutte le forze

che possono agire sulle molecole d’acqua e che ne determinano il movimento netto, da una parte o

dall’altra. L’acqua si muove da un punto all’altro per diffusione secondo un gradiente di potenziale

idrico.

IL POTENZIALE IDRICO = POTENZIALE CHIMICO DELL'ACQUA

Il potenziale chimico è l’espressione dell’energia libera associata ad una sostanza, esso è dato dalla

somma di tutte le forze che possono agire su una molecola e che ne determinano il trasporto netto.

L’acqua si sposta da un punto del sistema ad un altro seguendo un GRADIENTE DI POTENZIALE

IDRICO.

Per una generica sostanza J, il potenziale chimico è uguale al potenziale chimico di riferimento di

quella sostanza che si calcola a 25 gradi C° e alla pressione di 1 atm + concentrazione sostanza X R+

eventuale potenziale elettrico + differenza di pressione tra quella atmosferica e quella a cui si trova il

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volume. MA

Dunque rimane il fattore di concentrazione e di pressione, i due fattori che vanno ad influenzare

il potenziale idrico dell'acqua.

→ Che valore ha il potenziale chimico dell'acqua pura? È zero, per convenzione la concentrazione è pari a

1 il logaritmo naturale di 1 è 0 quindi RTlna(concentrazione) è uguale a 0, per P si intende la

differenza di pressione a cui si trova la molecola di acqua e la pressione atmosferica.

→ Che valore ha il

potenziale chimico

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dell’acqua in soluzione?

Il potenziale idrico di una soluzione di acqua è negativo, minore di zero. Perché? Abbiamo detto che

la concentrazione d'acqua pura per convenzione è pari a 1 ed il logaritmo naturale di 1 è zero, se la

concentrazione di acqua in soluzione è minore di 1, perché le molecole di acqua hanno in parte

lasciato spazio alle molecole di soluto, il log naturale di un numero minore di 1 è negativo. Quindi

metto il meno davanti a R. ↓

Nel 62 hanno deciso che il potenziale chimico dell'acqua deve venir considerato in termine di

pressione e non di energia quindi bisogna dividere l'equazione per il volume totale di acqua:

Ha portato il secondo fattore a sinistra mettendo il meno poi