Acqua: una molecola per la vita                                                 Laura Mazzanti Prof. Ordinario Biochimica Facoltà di Medicina e Chirurgia Università Politecnica delle Marche

Si legge in Eraclito "dalla terra nasce l'acqua, dall'acqua nasce l'anima…" L'origine acquatica della vita è stata da sempre riconosciuta da tutte le culture che hanno popolato la terra. Acqua è il liquido amniotico in cui si sviluppa il feto, è la pioggia che cade sui campi, è la fonte che disseta. L'acqua purifica il corpo da malattie e umori nocivi, permette gli scambi e i commerci che si svolgono sul mare. In tutti questi aspetti la simbologia legata all'acqua ha dato vita a un ricco e variegato mondo immaginifico popolato di divinità, miti, leggende, luoghi sacri e figure misteriose che incarnano di volta in volta gli aspetti particolari di questo elemento e la sua centralità nella vita dell'uomo.

Gli spiriti elementari dell'acqua venivano identificati nella Vecchia Religione con il nome di Ondine. Anche per le ondine, come per il retroterra folcloristico legato alle Fate, la tradizione è molto vasta andando a coinvolgere quasi ogni cultura che avesse a che fare con il mare od in generale la navigazione.Storie di Sirene e creature marine, popolano non solo la letteratura più disparata, ma in particolare il folclore irlandese e quello scozzese, anche se racconti di creature delle acque sono presenti in quasi tutto il mondo e in quasi ogni epoca.

Da quando, nel VI secolo a. C Da quando, nel VI secolo a.C., Talete ha dato inizio, in Grecia, alla scienza ed alla filosofia occidentali, l’acqua è stata accettata per quasi duemila anni quale elemento base dell’universo. Per i greci il più antico dio dell'acqua è Oceano , figlio di Gea (la terra) e di Urano (il cielo). Oceano è sia la divinità dell'acqua sia il fiume che circonda la terra. Dall'unione tra Oceano e Teti - l'umidità che tutto pervade e nutre, hanno origine i tremila fiumi della terra e le Oceanine. Oceano è chiamato da Omero 'origine del tutto' a sottolineare la nascita della vita terrena dall’acqua.

Ma è con il filosofo greco Talete nel 600 a. C Ma è con il filosofo greco Talete nel 600 a.C. che i miti legati all'acqua si condensano in un vero e proprio discorso filosofico in cui l'arché, il principio primo di tutte le cose, è l'acqua sulla quale galleggia la terra. Teoria ripresa probabilmente dai diversi miti orientali sull'origine della vita. Talete trae le sue conclusioni dopo aver osservato che tutti i semi e i nutrimenti sono umidi e sostiene che "l'acqua è il principio di tutte le cose; le piante e gli animali non sono altro che acqua condensata e acqua torneranno ad essere dopo la morte". Per Talete la Terra ha la forma di un disco ondulato che galleggia sul fiume Oceano. L'acqua è l’ARCHE’, l'elemento primordiale, origine di tutte le cose: senza acqua risulta impossibile la vita; essa esiste in tre forme che sono trasformazioni dello stesso elemento (solido, liquido ed areiforme). Tutto è fatto di acqua e tutto fa ritorno all’acqua.

Ipotesi biochimiche sull’origine della vita La vita sembra essere un evento casuale, dovuto alla combinazione di diversi fattori concomitanti. Sulla terra ci sono voluti 1-2 miliardi di anni per avere la comparsa della vita. Negli oceani primitivi comparvero i primi organismi unicellulari, i procarioti, e poi da questi si passò agli organismi unicellulari contenenti un nucleo e gli organelli, gli eucarioti. L’ipotesi più accreditata sull’origine della vita è quella di Oparin (1924), secondo cui i primi composti organici, gli aminoacidi e i nucleotidi, si sono formati nel brodo primordiale, in condizioni diverse da quelle attuali poiché l’atmosfera primitiva era certamente priva di ossigeno. Nel 1953 l’ipotesi fu verificata trattando con scariche elettriche una miscela di acqua metano ed ammoniaca. Il risultato dimostrò che in effetti si potevano ottenere aminoacidi (che formano le proteine), carboidrati e le basi azotate (che formano gli acidi nucleici, quindi DNA ed RNA).

Acqua H2O L'Acqua, molecola alla base della vita umana, ha incredibili proprieta’, straordinarie stranezze, rilevate da una serie di ricerche effettuate negli ultimi anni, che ne possono giustificare la denominazione di "composto piu’ versatile dell'Universo". 7

Le particelle di cui sono formati i corpi, si chiamano atomi Le particelle di cui sono formati i corpi, si chiamano atomi. In natura esistono poco più di una novantina di tipi d’atomi differenti; atomi di uno stesso tipo costituiscono sostanze chiamate elementi. Le sostanze il più delle volte sono formate dalla combinazione di gruppi distinti di due o più atomi e costituiscono particelle più grandi chiamate molecole. La molecola è la più piccola parte di una sostanza che ne mantiene tutte le caratteristiche. Un atomo è formato a sua volta da particelle più semplici: un nucleo formato da protoni e neutroni e un’orbita con elettroni. I protoni contengono una carica corretta, gli elettroni negativa e i neutroni non ne contengono alcuna.

Caratteristiche chimiche dell’acqua L’acqua è un composto di idrogeno H e ossigeno O Per ogni grammo di idrogeno ci sono 8 grammi di ossigeno (1 atomo O pesa quanto 16 atomi H) Ogni atomo di ossigeno è legato a 2 atomi di idrogeno a formare la molecola H2O I nuclei degli atomi O e H attirano gli stessi elettroni ma quello di O li attira con una forza maggiore! La molecola H2O non presenta una carica elettrica, ma la disomogenea distribuzione degli elettroni () attorno i nuclei (+) la rende polare La polarità della molecola H2O è alla base delle eccezionali proprietà dell’acqua O H - δ  δ+ O H - δ  δ+ 9

La molecola dell'acqua è formata da due atomi di idrogeno  e un atomo di ossigeno, la sua formula chimica è H2O; l'atomo di ossigeno è più grosso dell'atomo d'idrogeno per cui la molecola non ha una forma lineare ma i tre atomi formano un angolo di circa 105° con una parziale lacuna elettronica sull’idrogeno (polo positivo) e un surplus elettronico vicino all’ossigeno che ha due parziali cariche negative (polo negativo). L’acqua è quindi una molecola polare, anzi è la molecola polare per eccellenza, un solvente polare, ma è anche una molecola neutra. H O 105°

Nel nostro corpo e’ "l'ingrediente" piu’ abbondante: in un adulto ammonta al 70% del peso, ma raggiunge il 75% nei bambini, mentre negli anziani scende sotto il 50%. E' il nostro elisir di giovinezza, ma l'acqua presente negli esseri viventi ha tutt'altro che un ruolo passivo: le ultime ricerche dimostrano che e’ determinante nel dirigere processi biologici e sembra essenziale per un efficiente "lettura" delle informazioni nel DNA. Le straordinarie prestazioni dell'acqua si devono alla sua struttura chimica, che la rende il composto piu’ semplice e versatile dell'Universo. 11

Gli organismi viventi sono costituiti soprattutto da acqua, presente al 70-75% nell’uomo. Da qui si può comprendere l’importanza dell’acqua per la vita. Il feto galleggia nel sacco amniotico simile ad un astronauta nella sua capsula spaziale; intorno i villi della placenta formano una specie di corona radiante. Le costellazioni e le nebulose di questo firmamento sono costituite da cellule del sangue materno e da cristalli del sale nelle acque fetali

L’acqua nell’uomo e… nella donna cervello 73% cuore 75% polmoni 66% fegato 26% reni 83% muscolatura sangue 13

L’acqua e l’uomo FUNZIONI NEL NOSTRO CORPO Un adulto deve assumere in media 2.5l di acqua al giorno. FUNZIONI NEL NOSTRO CORPO Il corpo umano è costituito per il 60-70% di acqua Rende solubile molte sostanze che possono essere utilizzate dal nostro organismo Permette di eliminare sostanze dannose attraverso l’urina e il sudore Regola attraverso la sudorazione la temperatura dell’organismo ACQUA ELIMINATA AL GIORNO Da 1 litro a 5litri attraverso i reni Da 0,5 litri a 1 litro attraverso la pelle 200-100ml attraverso i polmoni, il naso e la bocca mentre espiriamo 50-100 ml attraverso l’intestino con le feci

Il legame a idrogeno Gli atomi di H di una molecola vengono attirati da un atomo O di un’altra molecola O H δ  δ + -Il legame a idrogeno è debole, si forma e si scinde in continuazione liquido -per scindere i legami a idrogeno occorre fornire energia -le molecole si agitano  vapore -quando il vapore condensa, si libera l’energia calore latente 15

Capacità termica 0,736 vetro, Pyrex 0,24 argento 0,45 ferro 0,90 l’acqua ha una elevatissima capacità termica 0,736 vetro, Pyrex 0,24 argento 0,45 ferro 0,90 alluminio 0,71 carbonio,grafite 0,51 carbonio, diamante 1,86 acqua,vapore 2,03 acqua,ghiaccio 4,184 acqua, liquida Calore specifico ( J/g° C) Sostanza per elevare di 1°C 1 g di acqua - da 14° a 15°- occorrono 4,184 joule, ossia 1 caloria questa proprietà dipende dai legami a idrogeno: l’agitazione termica delle molecole viene contrastata dalle forze di attrazione può immagazzinare grandi quantità di calore senza che la sua temperatura aumenti di molto e lo cede gradualmente azione calmieratrice sul clima 16

L’ acqua: il migliore solvente L’acqua sul nostro pianeta e nel nostro corpo contiene disciolte altre sostanze Le molecole di acqua disperdono le molecole e gli ioni di altre sostanze polari tiene in sospensione particelle più grandi modifica le sue proprietà: punto di ebollizione punto di solidificazione pressione osmotica acidità 17

Capillarità così l’acqua può arrivare anche alle foglie più alte di I legami a idrogeno permettono alle molecole di “arrampicarsi” lungo le pareti del contenitore se questo è sottile come un capello, la “cordata” può raggiungere altezze notevoli così l’acqua può arrivare anche alle foglie più alte di un albero e partecipare alla fotosintesi! ma anche raggiungere, arrampicandosi lungo un muro, un piano alto dell’abitazione! o, ancora, da una falda sotterranea, raggiungere le radici delle piante mantenendole in vita 18

LE PROPRIETA’ DELL’ACQUA Allo stato liquido ha un volume proprio e quindi non è comprimibile Allo stato liquido assume la forma del recipiente che la contiene Presenta deboli forze di coesione fra le molecole Ha un elevato calore specifico e un'alta capacità termica: si scalda e si raffredda lentamente, proprio per la presenza di legami di idrogeno

LE PROPRIETA’ DELL’ACQUA Quando si solidifica il volume aumenta, al contrario di ciò che accade con le altre sostanze; quindi la densità del ghiaccio diminuisce, pesa meno e perciò galleggia sull'acqua. Ciò ha una notevole importanza perché rende possibile la vita sotto i mari ghiacciati in superficie. Ha un suo peso ed esercita quindi anch'essa una pressione, la pressione idrostatica: è un fenomeno importante per le pressioni che l'acqua può esercitare negli abissi oceanici. Come un qualsiasi liquido, anche l'acqua, se è in riposo mantiene la sua superficie libera sempre piana ed orizzontale.

Le forme dell’acqua sulla Terra Gli stati fisici dipendono dall’energia cinetica delle molecole di acqua: bassa nel ghiaccio, media nell’acqua liquida, alta nel vapore L’acqua si trova nei 3 stati fisici Liquida -mari, fiumi, laghi, falde sotterranee- Gassosa o vapor d’acqua –atmosfera- Solida o ghiaccio –ghiacciai, banchisa polare, iceberg- Molecola ghiaccio acqua vapore 21

Ghiaccio GLI STATI dell’ acqua. LIQUIDO VAPORE 22

L’ACQUA CAMBIA STATO CON IL CALORE NOI SIAMO ABITUATI A VEDERLA LIQUIDA, a 0 °C solidifica, a 100 °C evapora 23

Distribuzione dell’acqua sulla Terra Fiumi < 4- 10% altro 3% altro 1% acqua sotterranea 22% Laghi 61 % Oceani 97% calotte polari ghiacciai iceberg 77 % atmosfera umidità suolo 39 % 24

Il ciclo dell’acqua L’acqua si muove incessantemente dall’oceano all’atmosfera ai fiumi, ai laghi, ai ghiacciai e da questi ancora ai fiumi, all’atmosfera, al mare, liquida, gassosa, solida… E poi penetra nel suolo, entra nei viventi e torna ai fiumi, al suolo, al mare, all’atmosfera da cui torna al mare, al suolo… 25

Il ciclo dell’acqua La maggior parte dell’acqua presente in natura è raccolta nei mari, nei fiumi e nei laghi. Per effetto del calore del Sole quest’acqua si riscalda ed evapora, trasformandosi in vapore acqueo che sale verso l’alto. Il vapore acqueo a una certa altezza incontra dell’aria fredda e si condensa, trasformandosi in goccioline d’acqua che si uniscono tra di loro e formano le nuvole. 26

Attraverso le precipitazioni atmosferiche, l’acqua contenuta nelle nuvole ritorna poi sulla superficie terrestre sotto forma di pioggia, neve o grandine... e tutto ricomincia daccapo. Quindi, attraverso continui cambiamenti di stato, l’acqua sale dalla terra al cielo, da lì ridiscende sulla terra, poi risale nuovamente verso il cielo... e così via. Se l’acqua non facesse continuamente questo grande "giro", chiamato ciclo dell’acqua, in altre parole, se l’acqua non si rigenerasse, la vita sulla Terra sarebbe impossibile. 27

L'acqua e’ stata trovata nelle nubi interstellari della nostra galassia, la Via Lattea. Si presume che l'acqua sia abbondante anche in altre galassie, dato che i suoi componenti elementari, idrogeno e ossigeno, sono tra i piu’ abbondanti elementi dell'universo. L'acqua si ritrova quindi nelle comete, nei pianeti e nei loro satelliti. Ad oggi nel nostro sistema solare, l'acqua e’ stata trovata sulla Luna, sui pianeti Mercurio, Marte, Nettuno e Plutone e sui satelliti di alcuni pianeti, tra cui Tritone e Europa.

L’acqua una risorsa scarsa L’idrosfera è costituita per il 97,5% da acqua salata e per il resto da acqua dolce La quantità d'acqua dolce disponibile pro capite diminuisce sensibilmente con il passare degli anni . Ciò è dovuto in generale a tre fenomeni: Aumento della popolazione mondiale che determina una vertiginosa crescita della domanda. Inquinamento dell'acqua che proviene da varie fonti Cambiamenti climatici globali

INQUINAMENTO Scarichi civili che versano nei fiumi materia organica in quantità tali da superare le potenzialità autodepurative dei corsi d'acqua. Scarichi industriali che immettono nell'ambiente acquatico metalli pesanti e altre innumerevoli sostanze tossiche per gli organismi vegetali e animali, uomo compreso. Fertilizzanti e pesticidi veicolati dalle acque di scolo provenienti dai campi coltivati, che provocano fenomeni di eutrofizzazione. Piogge acide, ricaduta tramite pioggia di sostanze emesse da industrie e veicoli a motore e trasportate attraverso l'atmosfera.

MESSAGGI DALL’ACQUA Un sorprendente messaggio ci giunge dall'acqua attraverso le ricerche di Masaru Emoto, scienziato e ricercatore giapponese, che ha messo a punto una tecnica per esaminare al microscopio e fotografare i cristalli che si formano durante il congelamento di diversi tipi d'acqua, come l`acqua di rubinetto di diverse città del mondo, l`acqua proveniente da sorgenti, laghi, paludi, ghiacciai di varie parti del mondo. Gli venne poi l`idea di esporre l`acqua alle vibrazioni della musica, di parole sia scritte che dette e fin anche dei pensieri. Si è visto che i cristalli dell`acqua trattata mutano di struttura, inviando dei messaggi. Le immagini di seguito riportate mostrano, come l`acqua, sia quasi un nastro magnetico liquido in grado di registrare in modo molto sensibile le informazioni energetiche che riceve dall'ambiente. Masaru Emoto, nato nel 1943 in Giappone, ha cominciato nel 1984 le sue ricerche approfondite sull`acqua, dopo aver incontrato il bio-chimico Dr. Lorenzen, l`inventore della cosiddetta “microcluster water”, un`acqua energetizzata avente effetti terapeutici.

Grazie dell'attenzione “L’acqua e’ quella che per vitale amore a questa arida terra e’ dedicata”.   (Leonardo Da Vinci - Codice Arundel) Grazie dell'attenzione