Riassunto esame Biochimica, Prof. Marcocci Lucia, libro consigliato Principi di Biochimica , Lehninger

LE SOLUZIONI TAMPONE

Le soluzioni tampone sono soluzioni che contengono un acido debole (che può donare protoni alla

base aggiunta) e la sua base coniugata forte (che può accettare protoni dall’acido) o viceversa. Il

concetto di soluzione tampone è fondamentale nei sistemi biologici poichè essi sono fortemente

influenzabili dalle variazioni di pH. La scelta del sistema tampone da utilizzare deve essere svolta in

base ai valori di pH e pKa. I sistemi biologici e le cellule, dunque, possono mantenere la loro

omeostasi quando il pH è fissato a determinato valori. In genere, i fluidi intracellulari ed extracellulari

hanno un pH caratteristico (intorno a 7) mantenuto costante nel tempo da diversi sistemi tampone,

caratterizzati da acidi con pKa di 6-7 (+ o -1) quali:

 Sistema tampone fosfato: agisce sia nel citoplasma delle cellule che nel plasma ed è ideale

per mantenere, insieme alle proteine ed a piccoli metaboliti, i valori di pH tra 5.9-7.9,

avendo un pKa pari a 6.86

 Alta concentrazione di proteine con amminoacidi che hanno gruppi funzionali dissociabili

(come l’istidina): il pH del sangue è tamponato essenzialmente dalla albumina del plasma (è

la proteina a più alta concentrazione) e dall’emoglobina negli eritrociti. L’istidina è

caratterizzata dal possedere l’azoto dell’anello imidazolico che può esistere nella forma

acida o nella base coniugata. 16

 Metaboliti con gruppi ionizzabili: ATP-citoplasma, acidi organici-vacuoli piante,

ammoniaca-urina.

 Sistema tampone anidride carbonica - bicarbonato (es. plasma sanguigno): il sistema

tampone bicarbonato è il sistema tampone del plasma sanguigno più facilmente

modificabile. Rappresenta un tampone particolare perchè, oltre al sistema acido/base, è

fondato sulla diffusione dell’anidride carbonica gassosa presente nello spazio polmonare nel

sangue e sul suo scioglimento in soluzione acquosa a formare acido carbonico.

Il sistema tampone anidride carbonica-bicarbonato si basa su tre equilibri:

La reazione di equilibrio tra carbonato ed anidride carbonica è favorita nel sangue dalla presenza della

carbonico-anidrasi degli eritrociti, enzima che catalizza la reazione.

Il pH del sangue è tamponato essenzialmente dall’emoglobina, dall’albumina, da HPO 42- 3.

, e da HCO

Il pH del sangue riflette la variazione di pH dei vari tessuti e valori al di sopra o al di sotto della

normalità (pH 7,35-7,45) sono indice di una condizione patologica. Valori di pH al di sotto di 7 o

superiori a 7,8 sono molto pericolosi e richiedono un intervento medico.

Si ha acidosi per valori minori di 7,35 mentre si ha alcalosi per valori maggiori di 7,45. Le variazioni

di pH possono essere di origine metabolica o respiratoria:

 Acidosi metabolica: consiste in una produzione eccessiva di acidi organici (acido lattico come

nell’ipossiemia-maratoneti, corpi chetonici come si verifica nel diabete) o perdita di ioni

3-

HCO (diarrea grave, insufficienza renale, malattie renali croniche). Nei diabetici la

mancanza, o insensibilità all’insulina impedisce l’apporto di glucosio ai tessuti e li costringe

primario, provocando l’accumulo di due

a usare le riserve di acidi grassi come combustibile

acidi carbossilici, la cui dissociazione abbassa il pH.

 Acidosi respiratoria: si ha con ritenzione di CO per minore eliminazione dai polmoni dovuta

2

ad un accumulo di fluidi (enfisema, asma), con peggioramento della capacità respiratoria

(traumi, poliomielite, obesità grave) 17

 3-

Alcalosi metabolica: dovuta ad una ritenzione di HCO dovuta a sua volta ad una ingestione

di basi

 Alcalosi respiratoria: iperventilazione (causata da isteria o tensione nervosa), sovradosaggio

di farmaci (salicilato), febbre.

Dal punto di vista clinico, il pH viene controllato modificando, secondo l’equazione di Henderson-

2-

Hasselbalch, le concentrazioni di HCO e CO affinché siano ristabilite le condizioni di normalità.

2

Queste condizioni fisiologiche sono:

Equazione di Henderson-Hasselbalch per il sistema tampone bicarbonato del sangue

Esistono due possibili applicazioni dell’equazione di Henderson-Hasselbalch per mantenere efficace

il sistema tampone bicarbonato del sangue:

1) Primo caso:

2) Secondo caso: 18

Esempi di applicazioni dell’equazione di Henderson-Hasselbalch nel sistema tampone bicarbonato

del sangue:

L’ACQUA COME REAGENTE

Oltre ad essere solvente l’acqua è un reagente presente nelle reazioni biologiche sia come substrato

che come prodotto. Le reazioni in cui è coinvolta sono:

 Reazioni di condensazione: sono reazioni in cui due molecole si legano rilasciando una

molecola d’acqua. Sono reazioni che richiedono energia (endoergoniche) e danno luogo

all’acqua “metabolica”, quella che permette la sopravvivenza degli organismi anche in

ambienti secchi (es. dromedari).

 Reazioni di idrolisi: sono reazioni opposte rispetto alla condensazione. Sono reazioni che

di un legame per aggiunta di una molecola d’acqua

portano alla scissione (a partire da una

molecola se ne formano due) e rilasciano energia (esoergoniche).

 Reazioni di ossidoriduzione: sono reazioni in cui un reagente viene ossidato (detto riducente

 mentre l’altro

acquista ossigeno, perde elettroni, perde idrogeni), viene ridotto (detto



ossidante perde ossigeno, acquista elettroni, acquista idrogeni).

A livello delle piante avviene la reazione della fotosintesi clorofilliana: una molecola di acqua viene

ossidata ad ossigeno molecolare, che andrà a costituire il 20% dell’ossigeno dell’aria e, a livello dei

mitocondri, viene ridotto di nuovo ad acqua diventando l'accettore di elettroni (processo di

respirazione).

Proprietà colligative delle soluzioni acquose

Sono proprietà dovute alla concentrazione degli elementi. I soluti, in funzione della loro

concentrazione (in quanto diminuiscono la concentrazione dell’acqua all’interno di una soluzione)

interferiscono sulle proprietà dell’acqua. temperatura alla quale l’acqua bolle

 Innalzamento del punto di ebollizione: è la temperatura alla quale l’acqua gela

 Diminuzione del punto di congelamento: è la pressione parziale del vapore alla quale c’è

 Diminuzione della pressione di vapore: è la

equilibrio tra molecole che evaporano e quelle che entrano in soluzione.

 Innalzamento della pressione osmotica: è la forza da applicare per opporsi al movimento delle

molecole d’acqua attraverso la membrana semipermeabile.

Nell’acqua allo stato puro, all’interfaccia aria-liquido, tutte le molecole presenti sono di acqua e

contribuire a determinare la pressione di vapore. Anche all’interno del liquido tutte le

possono

molecole sono di acqua e tutte possono contribuire alla formazione di un cristallo di ghiaccio. 19

In quanto soluzione la concentrazione effettiva dell’acqua è minore, solo 3 su 4 molecole presenti

all’interfaccia aria liquido e nell’interno del liquido sono di acqua. La pressione di vapore e la

tendenza dell’acqua ad entrare in una cellula di ghiaccio sono proporzionalmente indotte.

Pressione osmotica da applicare per spingere l’acqua fuori dal tubicino.

La pressione osmotica è la forza

È possibile scrivere un’equazione, che prende il nome di equazione Hoff,

di van’t che mette in

relazione varia parametri:

R= costante universale dei gas,

T= temperatura,

c = concentrazione del soluto,

i= fattore di van’t Hoff (fattore che tiene conto di come la specie presente nel soluto si dissocia; è

uguale a 2 per NaCl, mentre è pari a 1 per molecole che non dissociano),

n = le varie specie molecolari presenti in una soluzione

L’acqua si muove attraverso le membrane semipermeabili guidata dal suo gradiente di concentrazione

che la fa muovere dalla zona in cui è maggiormente concentrata a quella in cui è meno concentrata.

Questo concetto è importante per le cellule, che vengono considerate come un sacchetto in cui la

membrana semipermeabile è rappresentata dalla membrana cellulare ed è tale che l’acqua riesce a

passare liberamente attraverso canali chiamati acquaporine, mentre altre molecole non passano.

Si parla di soluzioni isotoniche quando, aggiungendo una cellula in soluzione, si verifica il passaggio

di molecole di acqua, ma la quantità di acqua che esce dalla cellula è uguale alla quantità di acqua

20

che entra nella cellula. Si parla, invece, di soluzioni ipertoniche quando, aggiungendo una cellula in

soluzione, l’acqua si muove verso l’esterno e la cellula si contrae e raggrinzisce. Le soluzioni sono

l’acqua si muove verso

dette ipotoniche, invece, quando aggiungendo una cellula in soluzione,

l’interno, generando una pressione che gonfia la cellula che può anche scoppiare. Nel nostro

organismo è fondamentale avere un plasma isotonico.

ORGANIZZAZIONE DELLA MATERIA VIVENTE

Le molecole fondamentali contenute nelle cellule sono:

→ formano

 Amminoacidi le proteine

Zuccheri → formano

 i polisaccaridi

Nucleotidi → formano

 gli acidi nucleici

Lipidi →

 sono i maggiori costituenti delle membrane

 Vitamine

BIOCHIMICA DELLE PROTEINE

Le proteine sono polimeri di diversa lunghezza, formate da unità strutturali dette amminoacidi. Tutte

le proprietà delle proteine, infatti, dipendono dai loro amminoacidi costituenti. Gli amminoacidi sono

in cui l’atomo centrale di carbonio è legato ad

composti del carbonio, un gruppo amminico, un gruppo

carbossilico, un atomo di H e un quarto gruppo funzionale variabile (detto R, catena alifatica) che

differenzia i vari amminoacidi. Essendo presenti due gruppi funzionali aventi proprietà acide e

basiche differenti, gli amminoacidi assumeranno comportamento differente in base alle condizioni di

pH in cui si trovano.

Gli amminoacidi, possedendo stereoisomeria, si differenziano in:

amminoacidi, presenti all’interno delle proteine ma anche liberi

 Comuni: L-α

 Non comuni, derivati o non standard: sono tutti gli altri, con varie funzioni e derivano dai

comuni per modificazione

Possono essere classificati anche in essenziali e non essenziali in base alla capacità di un organismo

di sintetizzarli oppure alla necessità di assumerli con la dieta.

Esempi: essenziale nell’adulto,

 Arginina: è un amminoacido non mentre risulta essenziale nei lattanti

durante i primi anni di vita dall’acido

 Istidina: è in parte sintetizzabile da un derivato dell’AMP, dalla glutammina e

glutammico (ma la quantità sintetizzata non è suffici