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Basi biomolecolari delle attività motorie Docenti: Antonio ACETO, Mario FELACO.

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Presentazione sul tema: "Basi biomolecolari delle attività motorie Docenti: Antonio ACETO, Mario FELACO."— Transcript della presentazione:

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2 Basi biomolecolari delle attività motorie Docenti: Antonio ACETO, Mario FELACO.

3 Dipartimento di Scienze Biomediche Sezione di Biochimica 2° piano blocco delle segreterie Telefono: Recapito ed informazioni

4 CHIMICA, PROPEDEUTICA BIOCHIMICA

5 Latomo Grandezza: 1/ cm Massa: 1gr H atomi

6 Le particelle fondamentali ParticellaSimboloCaricaMassa approssimativa (Peso in uma) * Posizione nellatomo Protone p o p++11Nel nucleo Elettronee o e-1/1837Fuori del nucleo Neutronen o n001Nel nucleo * uma: unità di massa atomica

7 Composizione dellatomo di idrogeno 1 p + 0 n0 1 e - H

8 Composizione dellatomo di elio 2 p + 2 n0 2 e - He

9 Composizione dellatomo di carbonio 6 p + 6 n0 6 e - C

10 Composizione dellatomo di azoto 7 p + 7 n0 7 e - N

11 Composizione dellatomo di ossigeno 8 p + 8 n0 8 e - O

12 Rappresentazione simbolica dellatomo Simbolo Numero atomico Numero di massa C 6 12 C 6 14 isotopi

13 STRUTTURA DELLATOMO La traiettoria dellelettrone e determinata dalla meccanica quantistica 1) le orbite degli elettroni sono chiamate orbitali 2) gli orbitali sono funzioni di probabilita: rappresentano dove si trova le- con maggior probabilta 3) le- non si trova in qualunque punto dello spazio ma solo su orbitali discreti anche se infiniti 4) su ogni orbitale vi possono essere al massimo due e- con spin opposto

14 ORBITALI SFERICI DI TIPO S L1s e lorbitale più vicino al nucleo. Sempre più lontano dal nucleo si hanno il 2s, 3s……ns n= numero quantico principale

15 vi sono tre orbitali tipo p, p x, p y, p z per ogni numero quantico principale n, a partire da n=2. ORBITALI tipo p

16 Altri esempi di orbitali atomici

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18 IDROGENO H un solo e- sullorbitale 1S configurazione elettronica : 1s 1 HELIO He due e- sullorbitale 1S configurazione elettronica: 1s 2

19 Gli orbitali s sono riempiti prima degli orbitali p

20 I GRUPPI 1 E 2 (COLONNE VERTICALI VERDI) POSSEGGONO ORBITALI ESTERNI DI TIPO S. ALLE SERIE DI LANTANIDI E ATTINIDI, CON RIEMPIMENTO DEGLI F. I GRUPPI (COLONNE VERTICALI VERDI) 1 E 2 POSSEGGONO ORBITALI ESTERNI DI TIPO S. I GRUPPI DAL 3 ALL8 (COLONNE VERTICALI CELESTI) POSSEGGONO ORBITALI ESTERNI DI TIPO P. TAVOLA PERIODICA CORTA LA RIGA CHE INIZIA CON H CORRISPONDE AL PRIMO PERIODO (GUSCIO N=1), QUELLA CHE INIZIA CON Li AL SECONDO (GUSCIO N=2), CON Na AL TERZO (GUSCIO N=3), K AL QUARTO (GUSCIO N=4), ETC. GLI ELEMENTI DELLA TERZA COLONNA (TRA 2 E 3 COLORE GRIGIO) POSSEGGONO ORBITALI DI TIPO D E DANNO INIZIO ALLA SERIE DEGLI ELEMENTI DI TRANSIZIONE OPPURE

21 GLI ATOMI INTERAGISCONO FRA DI LORO: LEGAMI MOLECOLARI NaCl + Na Legame ionico NaCl

22 Legame ionico MgCl 2 MgCl + Mg 2

23 Legame covalente Cl 2 Cl +

24 Legame covalente O 2 + OO OO

25 Legame covalente N 2 NN + NN

26 Legame covalente CO 2 O + O + C OOC

27 Legame covalente NH 3 NH + HH ++ N H HH

28 Legame covalente H 2 O H + H + O HH O

29 INTERAZIONI FORTI : kcal/mole 1) LEGAME IONICO 2) LEGAME COVALENTE 3) LEGAME DATIVO ( in presenza di un doppietto elettronico) INTERAZIONI DEBOLI : 1-10 kcal/mole 1) van der Waals 2) Legame idrogeno FORZA DEI LEGAMI

30 1 protone o 1 neutrone 1/(6x10 23 )grammi 1 grammo di protoni 6x10 23 protoni x10 23 particelle/mol Simbolo: N Numero di Avogadro

31 Grammoatomo ElementoSimbolopne Numero atomico Peso atomico Numero di atomi in un numero di grammi pari al PA IdrogenoH x CarbonioC x AzotoN x OssigenoO x 10 23

32 Grammomolecola* MolecolaSimbolo Peso molecolare Numero di particelle in un numero di grammi pari al PM IdrogenoH2H x OssigenoO2O x AcquaH2OH2O x MetanoCH x AmmoniacaNH x Anidride carbonica CO x GlucosioC 6 H 12 O x * Grammomole o mole

33 La mole 6.02 x x x mole ½ mole 1 mole H 2 += H 2 O½O 2 2gr 16gr 18gr

34 Concentrazione (una qualità delle soluzioni) C = Q uantità di soluto Q uantità di soluzione o solvente

35 Percentuali (p/V) % p/V = G rammi di soluto 100 ml soluzione

36 Molarità M = n mol. di soluto l litri di soluzione

37 Molalità m = n mol. di soluto 1000 grammi di solvente

38 ElettrolitiNon-elettroliti FortiDeboli soluti Soluti

39 Non-elettroliti Sostanze solubili che non si dissociano in ioni UREA GLUCOSIO

40 Elettroliti Sostanze solubili che si dissociano in ioni XY X - + Y + xy x - + y +

41 Elettroliti forti XY X - + Y + BOHOH - + B + ABABA - + B + AHA - + H + Acidi forti Basi forti sali

42 Elettroliti deboli xyx - + y + aHa - + H + acidi deboli bOHOH - + b + basi deboli

43 Reazioni reversibile R + R P + P k1k1 k2k2 v 1 = k 1 [R] [R] ; v 2 = k 2 [P] [P] v1= v2v1= v2 k 1 [R] [R] = k 2 [P] [P]

44 Equilibrio k 1 [P] [P] k 2 [R] [R] = k 1 [R] [R] = k 2 [P] [P] K eq

45 Equilibrio di dissociazione [x] [y] [xy] = K diss xyx + y

46 Dissociazione acido debole [a - ] [H + ] [aH] = KaKa aHa - + H + Dissociazione base debole [b + ] [OH - ] [bOH] = KbKb bOHb + + OH -

47 Dissociazione dellacqua [H + ] [OH - ] [H 2 O] = K diss H2OH2OH + + OH -

48 Prodotto ionico dellacqua [H + ] [OH - ] [H 2 O] = K diss=1,8x K diss [H 2 O]=[H + ] [OH - ] 1,8x x55 =[H + ] [OH - ] K w =[H + ] [OH - ]= K w = x =

49 Passando ai logaritmi -log 10 Kw = -log 10 [H + ] - log 10 [OH - ] -log 10 ( ) = - log 10 (10 -7 )- log 10 (10 -7 ) 14 = Se poniamo -log 10 = p Kw =[H + ] [OH - ] pKw = pH+pOH

50 Acidità delle soluzioni acideneutrebasiche [H + ]=10 -7 [H + ]= [H + ]=10 0 pH=7 pH=14 pH=0 pH = -log 10 [H + ]

51 Domande Cosa può far modificare il pH di una soluzione ? Come si calcola il pH di una soluzione ?

52 Cosa può far modificare il pH ? K w =[H + ] [OH - ] H+H+ OH - H+H+ diminuire il pHaumentare il pH

53 pH acido forte [HCl]=0,01M; pH? HCl H + + Cl - Conc. t 0 ; 0, Conc. t f ; 0 0,01 0,01 pH= =2 -log[H + ] =-log 0,01 pH=2

54 pH base forte [NaOH]=0,01M; pH? NaOH Na + + OH - Conc. t 0 ; 0, Conc. t f ; 0 0,01 0,01 pOH= =2 -log[OH - ] =-log 0,01 pH=12 pH=14- pOH=12

55 pH acido debole aH a - + H + [a - ] [H + ] [aH] = KaKa

56 Grado di dissociazione aH a - + H + mol. dissociate mol. totali t 0 : c 0 0 t eq : (1- )c c c

57 pH ac. debole [a - ] [H + ] [aH] = KaKa c x c (1- )c = KaKa c) 2 c K a c= c) 2 K a c c= =[H + ]

58 pH acido debole [CH 3 -COOH]=0,01M; pH? CH 3 -COOH H + + CH 3 -COO - pH= -log K a c pH= -log 1,8 x =3.37 pH= -log 1,8 x x 0,01

59 in generale… pH= -log K a c per un acido debole

60 pH base debole pOH= -log Kb c pH=14 + log Kb c

61 CALCOLARE IL pH DEI SEGUENTI ACIDI FORTI: HCl Acido cloridrico M pH=? HNO3 Acido nitrico M pH=? HCl Acido cloridrico M pH=? pH=1 pH=6

62 CALCOLARE IL pH DEI SEGUENTI ACIDI DEBOLI: CH 3 COOH Acido acetico C= M Ka= M -log Ka C = -log x = -log = -log = 3log = ? pH = 3 calcolare HCN Acido cianidrico C= Ka= 6.08 x M -log Ka C = -log x = -log = -log = 6log = ? pH = 6 calcolare H 2 CO 3 Acido carbonico (diprotico) C= Ka= 4.5 x M -log Ka C = -log x = -log = -log = 4log = ? pH = 4 Prima dissociazione

63 FORMULADENOMINAZIONE 1. IdracidiHFAc. Fluoridrico HClAc. Cloridrico HBrAc. Bromidrico HIAc. Iodidrico 2. OssiacidiH 2 SO 4 Ac. Solforico HNO 3 Ac. Nitrico H 2 CO 3 Ac. Carbonico H 3 PO 4 Ac. (orto) fosforico 3. TioacidiH2SH2SAc. Solfidrico 4. Acidi organiciH-COOHAc. Formico CH 3 -COOHAc. Acetico CH 3 -CHOH-COOHAc. lattico ACIDI ORGANICI ED INORGANICI

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65 Classificazione dei sali AHaH BOH bOH BABABaBa bAbAbaba

66 NaCl Cl - + Na + HOH H + + OH - HCl + + NaOH

67 BABA BABAA - + B + HOH H + + OH - AH + + BOH

68 quindi... base forte acido forte non …un sale proveniente dalla reazione di una base forte con un acido forte non modifica il pH

69 CH 3 COONa CH 3 COO - + Na + HOH H + + OH - CH 3 COOH + + NaOH

70 BaBa BaBaa - + B + HOH H + + OH - aH + + BOH

71 quindi... base forte acido debole aumento idrolisi basica …un sale proveniente dalla reazione di una base forte con un acido debole provoca una aumento del pH (idrolisi basica)

72 NH 4 Cl Cl - + NH 4 + HOH H + + OH - HCl + + NH 4 OH

73 bAbA bAbA A - + b + HOH H + + OH - AH + + b OH

74 quindi... base debole acido forte abbassamento idrolisi acida …un sale proveniente dalla reazione di una base debole con un acido forte provoca un abbassamento del pH (idrolisi acida)

75 CH 3 COONH 4 CH 3 COO - + NH 4 + HOH H + + OH - CH 3 COOH + + NH 4 OH KaKb

76 baba babaa - + b + HOH H + + OH - aH + + bOH KaKb

77 quindi... base debole acido debole …un sale proveniente dalla reazione di una base debole con un acido debole provoca una variazione di pH che dipende dai valori Ka e Kb...

78 …ossia se: Ka >Kb idrolisi acida (pH più basso) Ka =Kb idrolisi neutra (pH invariato) Ka

79 idrolisi salina BaBaa - + B + HOH H + + OH - aH ++ BOH HOHH+H+ +H+H+ a-a- +aHOH - ++ HOH+a-a- aHOH - +

80 Costante didrolisi HOH+a-a- aHOH - + [aH][OH - ] [HOH][a - ] K eq = [aH][OH - ] [a - ] K eq [HOH] =K i =

81 Ki [H + ] [aH][OH - ] [a - ] K i = KwKw 1Ka1Ka [aH][OH - ] [a - ] K i = = KwKaKwKa

82 Grado didrolisi X mol. idrolizzate mol. totali t 0 : c 0 0 t eq : (1-X)c Xc Xc HOH+a-a- aHOH - +

83 pH idrolisi t 0 : c 0 0 t eq : (1- x )c x c x c HOH + a - aH + OH - [aH] [OH - ] [a - ] K i = ( x c) 2 (1- x )c K i = c ( x c) 2 K i = Se X è molto più piccolo di 1 si può trascurare [OH - ]= K i c pOH = -log K i c

84 Qual è il valore del pH di una soluzione contenente 2g di cianuro di potassio KCN (PM= 65) in 75ml. K a HCN = 1* KCN K + + CN - CN - + H 2 O HCN + OH - Ke = [HCN] [OH-] / [CN-] [H 2 O] Ki = Ke [H 2 O]= [HCN] [OH-] / [CN-] Da cui OH- = Ki * Cs [CN-]= Cs= (grammi/PM) (1000/75)= (2/65) (1000/75)= 0.41moli/L OH- = Ki * Cs= (Kw/Ka) * Cs= (10-14 / 10-10) * 0.41= 7.4*10-3 g ioni/L pOH= 2.13 pH= = 11.87

85 CALCOLARE IL pH DELLE SEGUENTI BASI FORTI: NaOH (Na=23; O=16; H=1) Idrossido di sodio 4gr/L M=? pH=? KOH (K=39; O=16; H=1) Idrossido di potassio 5.6gr/L M=? pH=? NaOH (Na=23; O=16; H=1) Idrossido di sodio 0.04mg/L M=? pH=? M=0.1 pH=13 pH=8 pH=13 pH= 14-pOH M=0.1 M=10 -6

86 CALCOLARE IL pH: NH 3 H 2 O NH OH - NH 3 ammoniaca C= M Kb M -log Kb C = -log x = -log = -log = 3log = ? pOH = 3 pH = 14-pOH NH 3 ammoniaca C= 1 mM Kb M -log Kb C = -log x = -log = -log = 4log = ? pOH= 4 pH = 14-pOH NH 3 ammoniaca C= 10 M Kb M -log Kb C = -log x = -log = -log = 5log = ? pH =9 pH=11 pH=10 pOH= 5 pH = 14-pOH

87 Attività enzimatica e pH Pepsina Papaina Colinesterasi Tripsina pH Attività relativa

88 Alcuni reazioni possono modificare il pH C 6 H 12 O 6 + 6O 2 6CO 2 + 6H 2 O C 6 H 12 O 6 2CH 3 CHOHCOOH CO 2 + H 2 O H 2 CO 3

89 se aumentano gli H + … …una trappola di H + potrebbe minimizzare leffetto sul pH se diminuiscono gli H + … …un serbatoio di H + potrebbe minimizzare leffetto sul pH

90 la trappola + a - H+H+ aH dove si trova a - ? BaBaa - + B + si dissocia dai sali

91 il serbatoio + a - H+H+ aH perché un acido debole? perché si dissocia quando serve

92 il tampone aH serbatoio + a - H+H+ trappola + a - H+H+ trappola saleacido

93 pH soluzione tampone [a - ] [H + ] [aH] = KaKa [a - ] [aH] = KaKa [H + ] cscs caca = KaKa

94 cscs caca = KaKa = cscs caca -logK a -log[H + ] -log = caca cscs pKapKa pH+ log

95 = pKapKa pH caca cscs +log pH soluzione tampone

96 tampone serbatoio H trappola - + H + aH a - + H + acido H sale - + H + acido H base - + H +

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98 Calcolare il pH di un sistema tampone formato da un litro di soluzione 0.01 di acido acetico (K a = 1.85x10 -5 M) e 0.01 M di acetato di sodio. pH= pK + log Cs/Ca pH= log 0.01M/0.01 M = 4.74 Calcolare il PH di una soluzione tampone in cui sono presenti 40mM di H 2 PO 4 - (Ka = 6.2x10 -8 ) e 20 mM HPO -- pH = pK – log (0.04/0.02) = 7.21 – 0.30 = 6.91 (tampone biologico) Calcolare il pH di un sistema tampone formato da un litro di soluzione 0.1 M di acido acetico (Ka=1.85x10 -5 M) e 0.1 M di acetato di sodio. pH= pK + log Cs/Ca pH= log 0.1M/0.1 M = 4.74 Dopo aggiunta di 0.001M di HCl qual è il pH = ? pH= pK + log / = pH= pK + log 0.09/0.101= pH= pK + log 0.89= 4.74 – 0.05 = 4.69 quale sarebbe stato il pH di una soluzione acquosa contenente M HCl ?

99 DIPENDENZA DALLA CONCENTRAZIONE. Ripetere lo stesso esercizio con un tampone meno concentrato (acido acetico e aceto di sodio 0.01M) con laggiunta di 0.001M di HCl pH= pK + log / = pK + log 0.009/0.011= pK + log = 4.74 – = PER IL MAX POTERE TAMPONANTE LA CONCENTRAZIONE DELLACIDO E DELLA BASE DEVONO ESSERE UGUALI. Esercizio : pH del tampone con Acido acetico 0.1 M e acetato di sodio 0.01 M pH= pK + log Cs/Ca pH= log 0.01M/0.1 M = log10 -1 = 3.74 con aggiunta di M HCl pH=? pH= pK + log Cs/Ca pH= log 0.01M/0.1 M= log 0.009/0.101 = log 0.089= = 4.74 – 1.05 = 3.69


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