el agua en los seres vivos

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EL AGUA EN LOS SERES VIVOS: ESTRUCTURA Y PROPIEDADES.
El agua es un componente esencial de todo ser vivo, siendo el disolvente general biológico.
Se trata de una biomolécula de naturaleza inorgánica que representa el medio en el que ocurren la mayoría de
las reacciones celulares del metabolismo, siendo la sustancia más necesaria para la vida.
Los organismos vivos son por ello dependientes del agua para su existencia. Existe además una relación clara y
directa entre el contenido de agua y la actividad fisiológica del organismo.
Posee una importancia cuantitativa ya
que viene a representar el 75 % del cuerpo de los seres vivos. Esta proporción varía de unas especies a otras y de unos
tejidos a otros.
En los seres vivos encontramos el agua de tres modos o maneras:
• como agua circulante (en la sangre)
• como agua de imbibición (en el citoplasma)
• como agua combinada (en reacciones químicas, es una forma no
extraíble)
Aunque la molécula tiene una carga total neutra, los electrones se
distribuyen asimetricamente, lo cual hace que la molécula sea un dipolo. En la
molécula el átomo de O comparte dos electrones con los átomos de H. Los
enlaces O—H se forman por solapamiento de un orbital sp3 oxígeno (el
oxígeno presenta cuatro orbitales híbridos sp3, dispuestos según los vértices
de un tetraedro) y un orbital 1s del hidrógeno.
Los átomos de hidrógeno de la molécula
de agua se localizan en dos vértices del
tetraedro, mientras que los dos pares de electrones del oxígeno que no participan en el enlace se localizan en los otros
dos vértices.
La carga neta de la molécula de agua es cero, no obstante existe una cierta polaridad debido a la diferencia de
electronegatividades entre el oxígeno (3,5) y el hidrógeno (2,1). Esta diferencia de polaridad entre los átomos de
oxígeno y hidrógeno conlleva a la deformación de la nube electrónica del enlace, favoreciendo que los electrones se
encuentren más cerca del oxígeno que del hidrógeno, de esta forma el oxígeno tiene una cierta densidad de carga
negativa y el hidrógeno una cierta densidad de carga positiva, formando un dipolo permanente.
L a polaridad del enlace entre el oxígeno y el hidrógeno permite que se formen enlaces por puentes de
hidrógeno entre las moléculas de agua. El hidrógeno al tener densidad de carga positiva es atraído por el oxígeno de
otra molécula de agua que presenta densidad de carga negativa. Este enlace tiene una fuerza de unión que es de un
5% de la presentada por un enlace covalente. Dada la disposición casi tetraédrica de los electrones alrededor del
átomo de oxígeno, cada molécula de agua se puede unir a otras cuatro moléculas vecinas.
Estos puentes de hidrógeno entre las diferentes moléculas de agua son los
que permiten que el agua sea líquida en un intervalo de temperatura muy
amplio (0° a 100°C).
Las moléculas del agua se unen transitoriamente por puentes de hidrógeno
formando una red. Estas agrupaciones duran fracciones de segundo.
El agua en estado líquido forma una media de 3,4 uniones por puente de
hidrógeno. De esta manera el agua en estado líquido forma una extensa red
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mantenida por enlaces por puente de hidrógeno. Es decir se puede concebir como una red compuesta por el
agrupamiento oscilante de moléculas de agua unidas por puentes de hidrógeno que continuamente se están
reorganizando. En estado sólido se han establecido los cuatro enlaces por puente de hidrógeno en todas las moléculas
de agua, adquiriendo una conformación de red cristalina fija que no se encuentra en continuo movimiento.
El hecho de que las moléculas de agua se adhieran electrostáticamente, a su vez modifica muchas propiedades
importantes del agua, como la viscosidad dinámica, que es muy grande, o los puntos (temperaturas) de fusión y
ebullición los calores de fusión y vaporización, que se asemejan a los de sustancias de mayor masa molecular.
Dado que los puentes hidrógeno deben romperse para pasar al estado gaseoso, su punto de ebullición es
mucho más elevado que el de otros compuestos líquidos. Esta propiedad implica que es un líquido en la mayor parte
de la superficie terrestre en la mayoría de las estaciones.
La capacidad calorífica del agua es mayor que la de otros líquidos. Para evaporar el agua se necesita mucha
energía.
El agua puede absorber grandes cantidades de calor que es utilizado para romper los puentes de hidrógeno,
por lo que la temperatura se eleva muy lentamente. Primero hay que romper los puentes y posteriormente dotar a las
moléculas de agua de la suficiente energía cinética para pasar de la fase líquida a la gaseosa. El calor específico del
agua se define como la cantidad de energía necesaria para elevar la temperatura, en un grado Celsius, a un gramo de
agua en condiciones estándar y es de 1 cal/°C•g, que es igual a 4,1840 J/K•g. Para evaporar un gramo de agua se
precisan 540 calorías, a una temperatura de 20 °C.
(Presenta un punto de ebullición de 100°C (373,15K) a presión de 1 atmósfera (se considera como estándar
para la presión de una atmósfera la presión promedio existente al nivel del mar). El calor latente de evaporación del
agua a 100°C es 540cal/g (ó 2260J/g) )
Esta propiedad es fundamental para el desarrollo y mantenimiento de la vida en el planeta ya que gracias a
esto, el agua reduce los cambios bruscos de temperatura, siendo un regulador térmico muy bueno. Un ejemplo de
esto son las temperaturas tan suaves que hay en las zonas costeras, que son consecuencias de estas propiedad.
También ayuda a regular la temperatura de los animales y las células permitiendo que el citoplasma acuoso sirva de
protección ante los cambios de temperatura. Así se mantiene la temperatura constante.
Cuando el hielo se funde, los puentes de hidrógeno se rompen, y el calor necesario para ello se extrae del
entorno. Al contrario, el agua líquida al solidificarse libera calor.
El agua tiene una gran cohesión, las moléculas de agua se atraen entre sí ya que los puentes de hidrógeno
mantienen las moléculas de agua fuertemente unidas, formando gotas y una estructura compacta que la convierte en
u n líquido casi incompresible. Al no poder comprimirse puede funcionar en algunos animales como un esqueleto
hidrostático.
El agua tiene una elevada tensión superficial debida a la gran cohesión entre las moléculas. La superficie del
líquido se comporta como una película capaz de alargarse y al mismo tiempo ofrecer cierta resistencia al intentar
romperla; esta propiedad contribuye a que algunos objetos muy ligeros floten en la superficie del agua aún siendo
más densos que esta.
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El agua, por su gran potencial de polaridad, cuenta con la propiedad de la adhesión, es decir, el agua
generalmente es atraída y se mantiene adherida a otras superficies.
La adhesión es responsable, junto con la cohesión del llamado fenómeno de la capilaridad, que es la subida
espontánea de un líquido en un tubo estrecho (capilar).Se debe a la existencia de dos tipos de fuerzas diferentes:
cohesivas que son las fuerzas entre las moléculas del líquido y adhesivas que son las fuerzas que operan entre las
moléculas del líquido y el capilar. En el agua las fuerzas cohesivas corresponden a los enlaces de hidrógeno. Las fuerzas
adhesivas ocurren cuando el capilar está compuesto de un material que tiene enlaces polares. Cuando se introduce un
capilar en un recipiente con agua, ésta asciende por el capilar como si trepase agarrándose por las paredes, hasta
alcanzar un nivel superior al del recipiente, donde la presión que ejerce la columna de agua , se equilibra con la
presión capilar.
A este fenómeno se debe en parte la ascensión de la savia bruta desde las raíces hasta las hojas, a través de los
vasos leñosos.
L a densidad del agua es mayor en estado líquido que en estado sólido. En general, la densidad del agua
aumenta al enfriarse, por reducción del movimiento molecular, pero a menos de 4 ºC disminuye al formarse un cristal
mantenido por puentes de hidrógeno. El hielo flota sobre el agua líquida. Esta característica permite la vida en los
ecosistemas acuáticos de regiones frías o polares porque la capa de hielo actúa como aislante térmico impidiendo la
disminución de la temperatura.
El agua tiene una elevada constante dieléctrica debido a su naturaleza dipolar,
que hace que sea un buen disolvente frente a gran cantidad de sustancias como, las
sales minerales y compuestos orgánicos neutros con grupos funcionales hidrófilos.
Esta selectividad en la disolución de distintas clases de sustancias se debe a su
capacidad para formar puentes de hidrógeno con otras sustancias que pueden
presentar grupos polares, o con carga iónica, como:alcoholes, azúcares con grupos ROH, aminoácidos y proteínas con grupos que presentan cargas parciales + y − dentro de
la molécula, lo que da lugar a disoluciones moleculares.
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También, las moléculas de agua pueden disolver sustancias salinas que se disocian formando disoluciones
iónicas. En las disoluciones iónicas, los iones de las sales orientan, debido al campo eléctrico que crean a su alrededor,
a los dipolos del agua, quedando "atrapados" y recubiertos de moléculas de agua en forma de iones hidratados o
solvatados.
Algunas sustancias, sin embargo, no se mezclan bien con el agua, incluyendo aceites y otras sustancias
hidrofóbicas. Membranas celulares, compuestas de lípidos y proteínas, aprovechan esta propiedad para controlar las
interacciones entre sus contenidos químicos y los externos, lo que se facilita, en parte, por la tensión superficial del
agua.
El agua pura tiene la capacidad de disociarse en iones, por lo que en realidad se puede considerar una mezcla
de : agua molecular (H2O ), protones hidratados (H3O+), iones hidroxilo (OH-)
El agua posee un bajo grado de ionización; sólo 1 molécula de cada 551.000 moléculas de agua se encuentra
ionizada. Esto explica que la concentración de iones H3O+ y de los iones -OH- sea muy baja, concretamente de 10-7
por litro,
En realidad esta disociación es muy débil en el agua pura, y así el producto iónico del agua a 25º es:
Como en el agua pura la
concentración de hidrogeniones y de hidroxilos es la misma, significa que la concentración de hidrogeniones es de 1 x
10-7. El pH se define como el logaritmo decimal cambiado de signo de la concentración de hidrogeniones. Según esto
las disoluciones se clasifican en neutra , si pH = 7; ácida , si pH < 7 ; básica, si pH =7
Dado los bajos niveles de estos iones, si al agua se le añade un ácido o una base, aunque sea en poca cantidad,
estos niveles varían bruscamente.
Los organismos vivos no soportan variaciones del pH mayores de unas décimas de unidad, los líquidos
biológicos contienen sales minerales y moléculas orgánicas disueltas que pueden ionizarse en mayor o menor grado
actuando como disoluciones amortiguadoras, que mantienen el pH constante. Los sistemas tampón consisten en un
par ácido-base conjugada que actúan como dador y aceptor de protones respectivamente.
El tampón bicarbonato es común en los líquidos intercelulares, mantiene el pH en valores próximos a 7,4,
gracias al equilibrio entre el ión bicarbonato y el ácido carbónico, que a su vez se disocia en dióxido de carbono y agua
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Las funciones del agua se relacionan íntimamente con las propiedades anteriormente descritas. Se podrían
resumir en los siguientes puntos
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Soporte o medio donde ocurren las reacciones metabólicas. El agua es el medio en el que transcurren las
reacciones metabólicas. Pero además participa activamente en muchas reacciones, siendo reactivo o
producto de las mismas. Puede intervenir como reactivo en reacciones del metabolismo, aportando
hidrogeniones o hidroxilos al medio.
Disolvente universal. Prácticamente todas las biomoléculas se encuentran en su seno formando dispersiones,
sean disoluciones auténticas o dispersiones coloidales.
Amortiguador térmico. Gracias a la elevada capacidad de evaporación del agua, podemos regular nuestra
temperatura, sudando o perdiéndola por las mucosas, cuando la temperatura exterior es muy elevada es
decir,contribuye a regular la temperatura corporal mediante la evaporación de agua a través de la piel. En las
regiones frías, la capa de hielo actúa de aislante térmico permitiendo la vida en lagos de alta montaña y
mares de altas latitudes.
Transporte de sustancias a través de líquidos internos
Estructural . A escala celular y orgánica el agua llena y da consistencia a las células y a muchos tejidos y
órganos o incluso al cuerpo entero de muchos animales y plantas, sobre todo acuáticos. Favorece la
circulación y turgencia. Da flexibilidad y elasticidad a los tejidos
Lubricante, amortiguadora del roce entre órganos. Como en el caso del líquido sinovial que disminuye el roce
entre los huesos o el cefalorraquídeo que amortigua los posibles golpes del cráneo en el encéfalo.
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