Referat biofizica medicala

Biofizica molecular a apei

Apa este un lichid inodor, insipid si incolor, de cele mai dese ori uor albstrui sau chiarverzui in straturi groase. Apa este o substan absolut indispersabila vieii, indiferent de forma acesteia, fiind unul dintre cei mai universali solventi.

Structura i poprietile moleculei de ap Molecula de ap e format din doi atomi de hidrogen i un atom de oxigen, legai ntre ei prin legturi covalente. Lungimea legturii -O -H este de 0,99, iar unghiul dintre legturi e de 105.

Structura molecular a apei

Cei 10 electroni ai moleculei de ap (8 de la O i 2 de la H) sunt distribuii astfel: 2 (e-) ai O de pe (1s) se gsesc, n permanen lng O. Ceilali 8 (e-) (de valen) graviteaz pe orbite eliptice alungite i anume:- 2 perechi de (e-) se afl pe 2 orbite axate pe direciile -O -H, fiind aa n planul frontal de cele 3 nuclee cu rolul de a forma legtura covalent;- 2 perechi de (e-) se mic pe dou orbite aflate ntr-un plan perpendicular pe planul nucleelor; Nu particip la formarea legturii covalente (e- nepartecipani).

Structura spaial a moleculei de ap. Orientarea orbitelor electronice

Astfel molecula de ap are o structur spaial tetraedric cu nucleul de O n centrul tetraedrului iar la vrfuri fiind localizai cei doi (p+) i cele dou perechi de (e-) nepartecipani.Datorit distribuiei asimentrice a sarcinilor, densitatea electronic maxim fiind n vecintatea atomului de O. Molecula are un moment electric dipolar permanent cu centrul de mas al sarcinilor negative aflat n zona O, iar centrul de mas a sarcinilor pozitive poate fi considerat la mijlocul distanei dintre nucleele de H. Ca consecin, molecula de ap se orienteaz n cmp electric. Toate aceste particulariti de structur i distribuie de sarcin confer moleculei de ap o serie de proprieti. Dintre cele mai importante sunt: a. Moleculele de ap au tendina de a se orienta unele fa de altele conform legilor atraciei columbiene, apropiindu-se prin exterminaiile ncrcate electronic diferit.b. Molecula de ap poate crea legturi de H cu alte molecule de ap, deoarece (e-) de pe orbita din planul perpendicular H-O-H pot trece parial pe orbitele electronice ale H moleculei vecine.Legtura de H Este un caz particular al interaciei dipol dipol. O molecul format dintr-un atom de H i un atom electronegativ prezint o legtur covalent cu caracter parial ionic. Se formeaz un dipol cu sarcina negativ spre atomul electronegativ i cea pozitiv spre atomul de hidrogen. Dac n apropierea dipolului se gsete un alt act atunci ntre acesta i dipol se realizeaz o legtur determinat de atracia dintre protonul i electronul atomului. Aceast legtur format dintre dipol i atom reprezint legtura de hidrogen. Caracteristici: distana dintre atomi este foarte mic; energia legturii de hidrogen este mai mare dect cea dintre doi dipoli. Acest fapt st la baza caracterului cooperativ al formrii legturilor de H ntre moleculele de ap, n sensul c legarea a dou molecule de ap. (legarea a dou molecule de ap favorizeaz legarea a celei de a treia etc., iar ruperea faciliteaz ruperea altora.) Caracterul dipolar al moleculei de ap, dar n mod deosebit punile de H explic proprietile speciale ale apei: densitatea maxim la 4C; deci volumul gheii este mai mare dect al apei lichide; cldura latent de vaporizare (100C), cldur specific (variaz neliniar cu t avnd un minimum la 35C) i conductivitate termic deosebit de mari; constant dielectric (permitivitate relativ) mare, ceeea ce favorizeaz disocierea electrolitic; tensiune superficial forte mare; la creterea presiunii, viscozitatea apei scade iniial, pentru ca apoi s creasc liniar cu creterea presiunii.

Apa n sistemele biologice / vii Organismul viu se prezint ca un sistem de ap brodat cu proteine , lipide, glucide i alte molecule i macromolecule. n mediul apos, o ap cu un mare grad de structuralizare, au loc toate reaciile importante. Toate membranele sunt tapetate cu straturi foarte subiri de ap fixate foarte bine de acestea i formeaz o structur semicristalin (Amorf). Se presupune c o mare importan n rezolvarea multor probleme medicale este cea a structurii apei din interiorul esuturilor. Procentajul reprezentat de ap este legat de activitatea metabolic. Dentina, cu cel mai redus metabolism din corp, conine doar 10% ap. n cazul uni esut malign are loc creterea ponderei apei datorit tranziiei de la metabolismul aerob la cel anaerob. Prin metode de rezonan magnetic nuclear se poate determina procentul protonilor (implicit al apei) dintr-un esut. O cretere peste un anumit nivel indic o tumoare sau edem. Apa este matricea vieii. Constituie solventul universal att n mediul interstiiar ct i n cel intracelular. Este mediul de transport al substanelor de la un organ la altul. Este mediul de aliminare al produilor de dezasimilaie, de dispersie. Este necesar n reacia de hidroliz. Este tampon pentru variaiile de temperatur. Degajarea de temperatur prin evaporare i rol de termostat prin cldur specific mare. n organismele vii apa se gsete n procente diferite n funcie de specie i gradul de dezvoltare ontogenetic. La organismele superioare existena apei se poate clasa astfel dup locul n care se afl n raport cu celula. Apa intracelular: 70% din total. Apa extracelular 30% - interstiial 20% si apa circulant (vascular) 7%. Dup distribuia n esuturi apa tisular i extratisular este reprezentat de umorile apoase, silicoase, lichid cefalorahidian i snge. Dup interacia cu macromolecule biologice apa poate fi liber sau legat (structurat). Dup proveniena n organism apa poate fi exogen sau endogen. Cantitatea de ap n esuturi depinde de coeficientul lipocitic; raportul dintre cantitate de colesterol hidrofil i cantitatea de acizi grai hidrofobi. Cu ct un organ sau esut este sediul unor procese metabolice intense cu att coninutul de ap este mai mare. Deoarece anabolismul scade cu vrsta se constat si o scdere a procentului de ap cu vrsta: nou -nscut 76 80%; femei 60 80 ani 56 60%. O distribuie a apei: Pr 4% Dentin 10 - 9% Schelet i esut adipos 30% Cartilaj 50% Substan alb 70% Substan cenuie - 85% Ficat - 75% Muchi - 76% Cord 77% Plmn 81 % Plasm - 93% esut embrional - 97% Apa grea n 1932 Urez observ c rezidurile bacurilor de electroliz au greutate mai mare dect apa obisnuit. Atunci a descoperit apa grea care se obine prin electroliz la tensiuni mari.

Proprieti fizice: are greutatea maxim la 11,6C fa de 4C apa normal; punctul de topire este la 3,802C; punctul de fierbere este la 101,42C n condiii normale de presiune; coeficientul de viscozitate este de 12,6 milipoise: apa se poate marca cu apa grea pentru studiul metabolismului, metoda se folosete n spectografia de mas sau retracie; Aciunea apei grele n organism este de a ncetini metabolismul; inhib diviziunea celular; abolete parial capacitatea de conducere a influxului nervos; inhib transportul activ i contracia muscular. Aceste modificri se explic prin structuralizarea modificat a apei grele; realizarea n celul a unor complexe ap protein mai stabile. La nlocuirea apei cu ap grea se genereaz modificri profunde n funcia miocardului, fora de contracie scade iar timpul de laten crete.