La chimica della cellula

L'importanza dell'acqua

L'acqua è una molecola fortemente POLARE in quanto le sue cariche sono distribuite in modo asimmetrico a causa dell'elevata elettronegatività dell'atomo di ossigeno. L'ossigeno ha infatti parziale carica δ-, dal momento che attira verso di sé gli elettroni di δ+ legame, mentre l'idrogeno ha parziale carica δ+. Le molecole di acqua, proprio in virtù di questa forte polarità, che le porta ad attirarsi le une alle altre, possiedono due proprietà molto importanti: l'adesione (capacità di aderire ad una superficie di materiale diverso, quindi contenente molecole diverse) e la coesione (capacità che permette alle molecole di acqua di legarsi tra loro tramite legami a idrogeno, che si instaurano tra l'atomo di ossigeno e l'atomo di idrogeno di due molecole diverse). La coesione dell'acqua, infatti, spiega molti fenomeni, tra cui la struttura esagonale.rigida e altamente regolare del ghiaccio che, inglobando celle di aria, galleggia sull'acqua, l'elevata tensione superficiale l'effetto di L'esistenza di legami a idrogeno così abbondanti fa sì che l'acqua abbia anche una capacità straordinaria di stabilizzare la temperatura, da questo derivano tre fondamentali caratteristiche dell'acqua, che hanno un importante impatto anche all'interno della cellula: - Elevato punto di ebollizione e di fusione: il calore fornito ad una massa d'acqua, invece che essere subito utilizzato per far aumentare l'energia cinetica delle molecole e dunque aumentare la temperatura dell'acqua, viene impiegato per staccare e riattaccare continuamente gli atomi di idrogeno; questo porta ad un movimento di atomi di idrogeno fra le molecole di acqua adiacenti, portando ad un lento riscaldamento dell'acqua; - Elevati calore specifico e capacità termica: invirtù di questo assorbimento di calore per modificare i legami chimici tra lemolecole d’acqua, l’acqua stessa è in grado di assorbire grandi quantità di calore senza cambiare la propria temperatura,la cellula, che è un sistema isotermico, vengono così preservate dal calore rilasciato nelle reazioni metaboliche;

• Elevato calore di evaporazione: connesso sempre al meccanismo di immagazzinamento del calore da parte dell’acqua èl’elevato calore di evaporazione, l’acqua è infatti un ottimo refrigerante nei processi di sudorazione degli animali e ditraspirazione delle piante. Permette così una refrigerazione nel momento in cui evapora.
• L’acqua è inoltre un eccellente per le sostanze polari, che dunque possono creare legami ad idrogeno ed essere solubili insolvente +acqua. Le molecole solubili in acqua possono possedere sia una carica netta positiva, come ad esempio lo ione Na , a cui

l’acqua-offre il proprio atomo di ossigeno, sia una carica netta negativa, come ad esempio lo ione Cl^-, a cui l’acqua offre i propri atomi diidrogeno. L’acqua va così a creare un alone di idratazione intorno ai due ioni, neutralizzando la reciproca attrazione e riducendo diconseguenza la loro tendenza ad associarsi. Una massa di cristalli di NaCl, dunque, può essere sgretolata nei due ioni corrispondentiper solvatazione. Al contrario, i composti apolari non sono solubili in acqua, ma, nel momento in cui vengono agitati, formanoun’ emulsione che si separa non appena lasciati a riposo. Vi sono poi i composti anfipatici, che sono costituiti da una porzione affineall’acqua (testa polare idrofila), legata covalentemente con una porzione affine ai grassi (coda polare, idrofobica). Esse riesconocomunque a rimanere stabili se immerse in acqua, senza sgretolarsi, perché si dispongono in modo da far entrare in contatto conl’acqua la parte idrofila.

lasciando all'interno la parte idrofobica. Sono fondamentali perché costituiscono le (doppio strato fosfolipidico in cui le porzioni idrofile membrane selettivamente permeabilisono esposte verso la componente acquosa e le porzioni lipidiche sono disposte le une contro le altre a formare una compagineinterna grassa che può interagire con la componente acquosa grazie alla testa polare). Esse non permettono il passaggio indistintodi tutte le molecole, creano infatti una barriera di confine tra l'ambiente intracellulare non completamente comunicante conl'ambiente extracellulare, permettono il passaggio delle molecole:selettivo

• Le molecole apolari più piccole possono attraversare per diffusione la membrana, sgusciando all'interno della parte lipidica della membrana;
• Le molecole polari piccole passano con difficoltà attraverso la membrana;
• Le molecole polari più grandi attraversano grazie alla mediazione di specifici trasportatori;

grandi• Gli non possono liberamente attraversare la membrana, hanno bisogno anch’essi di trasportatori specifici.

ioniI trasportatori specifici sono transmembrana, immerse nella compagine della membrana, sporgono con la loro porzioneproteineextracellulare, fuori della cellula e con la loro porzione intracellulare, dentro la cellula, a formare dei veri e propri varchi che possonoessere aperti o chiusi.