Unitatea de înv ăĠare nr. 1 [621093]

Biochimie 8
Unitatea de înv ăĠare nr. 1
AAPPAA
Introducere
În această unitate de înv ăĠare sunt cuprinse no Ġiuniúi concepte fundamentale privind reparti Ġia
apei în organism, strucura ú i proprietăĠile apei, reac Ġiile hidrolitice úi noĠiuni de pH.
CompetenĠe
La sfârúitul acestei unit ăĠi de învăĠare vei fi capabil s ă:
x Identifici importan Ġa apei în organism;
x Precizezi tipurile de ap ăutilizate ca mediu de reac Ġie în reac Ġiile
biochimice;
x Identifici propriet ăĠile fizice ale apei pe baza structurii moleculei de ap ă;
x Identifici tipul de leg ătură intermolecular ă care se stabileúte atât în apa în
stare lichid ă câtúi în cea în stare solidă ;
x Demonstra Ġi caracterul amfoter al apei;
x ExplicaĠi când o solu Ġie are caracter acid, neutru sau bazic;
Cuprins
1.1. Reparti Ġia apei în organism…………………………………………………………………………………… 8
1.2. Structura úi propriet ăĠile apei …………………………………………………………………………………9
1.3. Reac Ġii hidrolitice ………………………………………………………………………………………………..10
1.4. Să ne reamintim ……………………………………………………………………………………………….. 11
1.5. Rezumat ……………………………………………………………………………………………………. …… 12
1.6. Autoevaluare ……………………………………………………………………………………………….. …. 12
1.7. Teste gril ă ……………………………………………………………………………………………………….. 12
1.1. REPARTI ğIA APEI ÎN ORGANISM
Apa reprezintă componenta indispensabil ăúi cea mai abundent ă din organismele vii, unde
este conĠinută în propor Ġii care variază între 5-98%, în func Ġie de tipul de Ġesut, de organ, de specie,
de vârstăúi de starea fiziologic ăa organismului viu. Apa constituie mediul în care se produc toate
reacĠiile biochimice úi se gă seúte în organism sub diferite forme:
-apa liberă este prezent ă în umorile corpului sau în spa Ġiul intercelular. Particip ă la hidratarea
diferiĠ ilor ioni, a biomoleculelor, la constituirea structurii celulare etc. Apa liber ă se poate evapora
uúorúi poate fi separat ă prin congelare;
-apa higroscopic ăeste forma de ap ă fixată în porii úi la suprafa Ġa organelor úi aĠesuturilor. În
ea sunt dizolvate molecule mici de glucide, aminoacizi, diferi Ġi cationiúi anioni etc.;
-apa de imbibi Ġie, component ă a citoplasmei celulelor, constituie prin propor Ġieúi rolul
biochimic, sursa cea mai important ă de apă din organism. Apa de imbibi Ġie este re Ġinută în stare
coloidalăú i
ca urmare se evapor ă greu (la 105 0C)úi se congeleaz ă sub 0 0C.

9
-apa legat ăeste ră spândită în circulaĠ ia intravascular ă (limfă, sânge) úi în spaĠiile intersti Ġiale
(apa lacunar ă)úi intră în structura micelelor coloidale, a cristalohidra Ġilor etc.
Apa din organism poate proveni din alimenta Ġie (origine exogen ă) sau în urma proceselor de
oxidare celular ă a compu úilor care con Ġin în structur ă atomi de hidrogen: glucide, lipide, protide
(origine endogen ă).
1.2. STRUCTURA ùI PROPRIET ĂğILE APEI
Apa este o substan Ġă compusă , cu formula molecular ă H2Oúi conĠinutul procentual: 11,11%
hidrogen úi 88,89% oxigen. Între atomul de oxigen úi fiecare atom de hidrogen se stabile úte câte o
legătură covalent ă polară, structura moleculei fiind angular ă, unghiul dintre leg ăturile covalente
H-O-H este de 104,50.
Datorită structurii dipolare (consecin Ġă a caracterului mult mai electronegativ al oxigenului
comparativ cu al hidrogenului), între moleculele de ap ă, atât în stare lichid ăcâtúi în stare solidă, se
stabilesc legături de hidrogen , legături de atrac Ġie electrostatic ă slabă, între sarcina par Ġial pozitiv ă a
atomului de hidrogen de la o molecul ă de apăúi sarcina parĠ ial negativ ă a atomului de oxigen de la
altă moleculă de apă. În reĠ eaua cristalin ă a gheĠii fiecare molecul ă de apă este înconjurat ă tetraedric
de alte patru molecule (Fig. 1.1).
Fiecare din cei doi atomi de hidrogen ai moleculei de ap ă centrale stabile úte câte o leg ătură de
hidrogen cu câte un atom de oxigen de la alte dou ă molecule de ap ă, respectiv atomul de oxigen din
molecula de ap ă centrală, stabileú te două legături de hidrogen cu atomii de hidrogen de la alte dou ă
molecule de ap ă.
HHH
OO O
HH
O OH
O O
H
OO OH
OO O
H
HH
OOHH
O
Fig. 1.1. ConfiguraĠ ia tetraedric ă a moleculelor de ap ă din gheaĠă
Prin multiplicarea acestei structuri tetraedrice, se ob Ġine o reĠea hexagonal ăafânată (volum
mare, densitate mic ă), conferind apei solide o densitate mai mic ă decât a apei lichide. Apa este una
dintre puĠinele substan Ġe care îú i măresc volumul prin congelare úiúi-l micúorează la încălzire (topire).
În apa lichidă există de asemenea molecule de ap ă asociate, prin leg ături de hidrogen, în
structură tetraedric ă. La temperatura camerei, asocia Ġiile conĠin 2-6 molecule de ap ă; ele se
formeazăúi se distrug cu vitez ă mare, existând individual doar o perioad ă scurtă de timp. La topirea
gheĠii, se desfac brusc aproximativ 15% dintre leg ăturile de hidrogen din ghea Ġă, la 40 0C sunt
desfăcute circa jum ătate din aceste leg ături, iar în stare de vapori asocia Ġiile dispar în întregime.
În biochimie, al ături de leg ăturile de hidrogen de tipul –O–H … O, prezint ă un deosebit interes úi
legăturile de hidrogen de tipul =N–H … O realizate în structura proteinelor úi a acizilor nucleici.
Drept consecin Ġă a formării asocia Ġiilor moleculare , apa prezintă o serie de propriet ăĠi fizice
care o deosebesc mult fa Ġă de substanĠ e cu structur ă analogă (de exemplu, hidrurile elementelor
vecine cu oxigenul în sistemul periodic) úi anume:
– punctul de fierbere úipunctul de topire , respectiv punctul de solidificare a apei pure sunt
anormal de ridicate comparativ cu cele ale hidrurilor elementelor învecinate în grup ăúi în perioad ă;
– apa are densitatea maxim ă(1 g/cm3)la 4 0C (nu la 0 0C), datorit ă formării,úi la aceast ă
temperatură , a legăturilor de hidrogen. Apa îú i măreúte volumul la solidificare, ghea Ġa având
densitatea mai mic ă decât densitatea apei la 0 0C, proprietate care explic ăsensul de înghe Ġare a apei
lacurilor, râurilor etc. Apa se r ăceúte la suprafaĠ a acestora pân ă la 40C, când datorită densităĠii

Biochimie 10
maxime se las ă la fund iar la suprafa Ġă ajunge apa cu temperatură mai mare. Dup ă ce toată masa de
apă a ajuns la 4 0C, stratul de la suprafa Ġă se răceúteúi la 0 0C îngheaĠă. GheaĠ a rămâne la suprafa Ġă
fiind mai u úoară decât apa lichid ă. Stratul de ap ă de pe fundul lacului sau râului va r ămâne lichid
până la temperaturi în jur de 4 0C, permiĠând viaĠ a subacvatică în timp de iarn ă;
– apa are că ldura specifică mare (1 cal/g/grad) ,respectiv pentru înc ălzirea apei se consum ă o
cantitate de c ăldură care este cedat ă la ră cirea sa. Datorit ă faptului c ă această căldură specifică este
mare, apa poate primi sau ceda o cantitate apreciabil ă de că ldură, fără să-úi modifice sim Ġitor propria
sa temperatur ă. Aceastăproprietate confer ă apei un rol de regularizator al climei (temperarea
temperaturilor mari în timpul verii úi menĠinerea unor temperaturi convenabile pe timp de iarn ă în
zonele de uscat riverane întinderilor mari de apă ). Pentru organismele vii capacitatea termic ă ridicată
a apei permite înmagazinarea unei cantit ăĠi mari de c ăldură fără modificarea temperaturii; c ăldura
eliberată în numeroasele reac Ġii metabolice ar determina denaturarea macromoleculelor celulare
(proteine, enzime, acizi nucleici) úi deci pierderea unor func Ġii biologice i mportante;
– apa are c ăldură de vaporizare mare, ceea ce preîntâmpin ă supraîncălzirea organismelor vegetale
úi animale (care cedeaz ă excesul de c ăldură prin transpira Ġie), proprietate care contribuie la
desfăúurarea normal ă a proceselor biologice din organism;
– datorită structurii polare, apa prezint ă o constantă dielectric ă mare (78,5 la 25 0C), ceea ce îi
conferă proprietăĠi de bun dizolvant atât pentru molecule polare cât úi pentru unii compu úi organici
nepolari;
– apa este mediul de dispersie în care se distribuie toate substan Ġele solubile, îndeplinind rolul de
solvent natural al unui mare num ăr de compu úi anorganici úi organici. Datorit ă acestei propriet ăĠi,
apa transport ă în organism atât substan Ġele nutritive, cât úi produsele de excre Ġie rezultate în urma
diverselor metabolisme;
– apa este un metabolit universal, îndeplinind atât rol de reactant cât ú i rol de produs de
reacĠie în reacĠiile biochimice. Astfel, digestia alimentelor úi formarea majorit ăĠii constituen Ġilor
organismului sunt reac Ġii hidrolitice, care decurg prin implicarea apei ca reactant. Apa, este reactant
úi în reacĠiile de oxidare úi de reducere din organismele vegetale úi animale úi participă ca reactant
la hidroliza ATP-ului ú i a altor compu úi macroergici, procese în care se elibereaz ă energie;
– stabilitatea fizic ăúi chimică mare , ca ú i implicarea ei drept partener de reac Ġie cu rol de
oxidant (faĠă de substan Ġele reducă toare)úi de reducător (în raport cu un oxidant), participarea la
reacĠii de hidroliz ăúi la reacĠii de c
ombinare, explic ă prezenĠ a apei în toate procesele biochimice
majore din organismele vii;
– apa poate reac Ġiona cu o serie de substan Ġe simple sau compuse, în reac Ġiifărămodificarea
stării de oxidare (cu oxizi acizi, cu oxizi bazici, în reac Ġiile de hidroliz ă ale compu úilor anorganici sau
organici etc.) sau în reac Ġiicu modificarea st ării de oxidare (reacĠii redox cu metale, cu nemetale etc.).
O serie de propriet ăĠi biologice importante ale proteinelor úi ale acizilor nucleici, compu úi
biochimici cu structur ă macromolecular ă, sunt consecin Ġa interacĠiilor lor cu moleculele de ap ă
existente în mediul ambiant.
Alături de rolurile men Ġionate, apa îndepline úteúi rolul fundamental, de aliment indispensabil
tuturor organismelor vii, care asigur ă în organism desf ăúurarea normală a metabolismului tuturor
celorlalte principii nutritive.
1.3. REAC ğII HIDROLITICE
Apa este o substan Ġă care prezint ă caracter amfoter, având, în func Ġie de partenerul de reac Ġie,
atât caracter acid cât úi caracter bazic. Ca solvent protic apa este caracterizată de reacĠia de
autoion
izare, în urma c ăreia se formeaz ă un ion hidroniu (H 3O+)úi un ion hidroxid (HO):
2 H 2O HO + H 3O+ sau H 2O H++ HO
Produsul ionic care caracterizeaz ă reacĠ ia de autoionizare a apei este:

11
Pw = [H+] [HO], la 25 0C: P w = 1014
Deoarece în apa pur ă, concentra Ġiile ionilor de hidrogen úi a ionilor hidroxid sunt egale, din
punct de vedere acido-bazic, apa prezint ă caracter neutru:
[H+] = [HO] = (1014)1/2 = 107 moli/L
Produsul ionic al apei se men Ġine constant la o temperatur ă dată; dacă în apă se adaug ă un
acid sau o baz ă, ceea ce se modific ă sunt concentra Ġiile ionilor [H+]úi [HO]. Rezultă că tăria
acizilorúi bazelor din solu Ġiile apoase se poate aprecia prin m ăsurarea concentra Ġiilor protonilor sau
ale ionilor hidroxid.
Deoarece valorile acestor concentra Ġii sunt mici, Sorensen a propus exprimarea concentra Ġiile
protonilor úi ale ionilor hidroxid prin logaritmul zecimal cu semn schimbat al concentra Ġiei acestora,
care poart ă numele de pH, respectiv pOH:
pH = lg [H+]; pOH = lg [HO]; pH + pOH = 14 (la 22 0C)
Valoarea pH-ului indic ă caracterul acido-bazic al solu Ġiilor:
x SoluĠiile cu pH < 7 prezint ă caracter acid;
x SoluĠiile cu pH >7 prezint ă caracter bazic;
x SoluĠiile cu pH = 7 prezint ă caracter neutru.
SubstanĠele care pot avea, func Ġie de partenerul de reac Ġie, atât caracter de acid cât úi caracter de
bază, prezintă caracter amfiprotic úi se numesc amfoliĠ i sau substan Ġe amfotere . Sunt amfoli Ġi
majoritatea solven Ġilor protici: apa, alcooli, acizii carboxilici, amoniacul, precum úi aminoacizii.
Caracter de amfoli Ġi prezintăú i compuúii biochimici macromoleculari proteine úi unele lipide
complexe, datorit ă prezenĠei în structura lor a unor grupe func Ġionale care pot func Ġiona ca acizi úi
baze. Solven Ġii care nu particip ă la reacĠii protolitice sunt denumi ĠisolvenĠi aprotici, ei fiind
majoritatea solven Ġilor organici: benzen, cloroform, tetraclorur ă de carbon etc.
Majoritatea proceselor metabolice din organism genereaz ă direct sau indirect cantităĠ i
apreciabile de ioni H+, sunt deci procese din care rezult ă acizi. Dintre acestea pot fi amintite:
biodegradarea anaerob ă a glucidelor (glicoliza), care conduce la formarea de acid piruvic úi acid
lactic, biodegradarea lipidelor cu eliberare de acizi graú i, biodegradarea proteinelor la aminoacizi etc.
1.3. SĂ NE REAMINTIM
xApa este o component ă indispensabil ăúi cea mai abundent ă din organismele vii, care
constituie mediul tuturor reac Ġiilor biochimice.
xSe întâlne úte în organism sub diferite forme: ap ă liberă, apă hidroscopic ă, apă de
imbibiĠie, apă legată.
xApa este o substan Ġă compusă, cu formula molecular ă H2O; conĠinutul procentual
este: 11,11% H úi 88,89%O.
xÎntre moleculele de ap ă în stare lichid ăúi solidă se stabilesc leg ături de hidrogen .
xApa îndepline úte rol fundamental de aliment , indispensabil tuturor organismelor vii,
asigurând în organism desf ăúurarea normal ă a metabolismului glucidic, lipidic úi
proteic . Apa prezint ă caracter amfoter , respectiv în func Ġie de partenerul de reac Ġie
are caracter acid sau bazic.
xReacĠia de autoionizare a apei este:
2 H 2O HO + H 3O+
xValoarea pH-ului indică caracterul acido-bazic al solu Ġiilor: pH < 7 caracter acid; pH
> 7 caracter bazic, pH = 7 caracter neutru.

Biochimie 12
1.4. REZUMAT
Apa, H 2O este o substan Ġă compusă , cu caracter amfoter, care se poate autoioniza, este
indispensabil ă vietii. Între atomi se stbilesc leg ături covalente polare, care explic ă proprietatea apei
de a se comporta ca solvent, dar úi anomaliile apei ca urmare a stabiliz ării legăturilor de hidrogen
între moleculele de ap ă.