Función Disolvente del Agua: Un Pilar de la Vida

El agua es el líquido que más sustancias disuelve, lo que le ha valido el calificativo de disolvente universal. Dos de sus propiedades físico-químicas le confieren esta función: su carácter dipolar y la formación de puentes de hidrógeno.

Disociación de Compuestos Iónicos

El agua puede disociar compuestos iónicos debido a su carácter dipolar (elevada constante dieléctrica). Logra debilitar los enlaces iónicos hasta llegar al desmoronamiento de la red cristalina que los mantenía en estado sólido. La rotura de los enlaces iónicos provoca que los iones abandonen la red cristalina y pasen a la disolución, donde quedan “atrapados” en la estructura reticular del agua, recubiertos por la molécula de agua en forma de iones hidratados o solvatados.

Puentes de Hidrógeno y Dispersión Molecular

Otra característica importante que presenta la molécula de agua es la capacidad de establecer puentes de hidrógeno con otras moléculas que contienen grupos polares, provocando su dispersión o disolución.

Tipos de Disoluciones Acuosas

Estas dependen de la masa molecular del soluto:

Disoluciones Moleculares

En ellas, los solutos son moléculas orgánicas de pequeña masa molecular polares o con carga iónica. Sustancias como los alcoholes y azúcares, que poseen grupos –OH, o los aminoácidos y las proteínas, que tienen grupos R-NH₃⁺ y R-COO^–, cuando se dispersan en medios acuosos dan lugar a este tipo de disoluciones.

Disoluciones Coloidales

En ellas, los solutos son macromoléculas que poseen elevado peso molecular, como las proteínas, los ácidos nucleicos o los polisacáridos. Aunque no formen disoluciones verdaderas, cada partícula coloidal establece puentes de hidrógeno con las numerosas moléculas de agua que las rodean. Los coloides pueden presentarse en dos formas: estado sol (fluido) y gel (sólido). El paso de un estado a otro provoca deformaciones en el citoplasma celular y pueden ser responsables de algunos movimientos, como el ameboide por emisión de pseudópodos.

El Agua como Medio y Vehículo en los Seres Vivos

La capacidad disolvente del agua es responsable, a su vez, de dos funciones que el agua posee en los seres vivos: ser el medio en el que se realizan la mayoría de las reacciones del metabolismo y ser un vehículo de transporte.

Es el medio en el que transcurren la mayoría de las reacciones del metabolismo, pues el requisito indispensable para que dos sustancias reaccionen es que se encuentren disueltas en el mismo medio y puedan interaccionar.

Además, el agua interviene en dos reacciones fundamentales: la fotosíntesis y las reacciones de hidrólisis.

Función Estructural del Agua

Los puentes de hidrógeno mantienen las moléculas de agua fuertemente cohesionadas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incompresible. Al no poder comprimirse, llega a actuar como esqueleto hidrostático en algunos animales invertebrados, permite la turgencia en las plantas y, a su vez, constituye un excelente amortiguador mecánico, constituyendo el líquido sinovial de las articulaciones que evita el contacto entre los huesos.

Función Termorreguladora del Agua

Esta función se debe a dos características del agua:

• El elevado calor específico: El calor específico es la capacidad de almacenar energía para un aumento determinado de la temperatura. El agua puede absorber grandes cantidades de calor, que se utiliza para romper la infinidad de puentes de hidrógeno, por lo que, proporcionalmente, su temperatura sólo se eleva ligeramente.
• El elevado calor de vaporización: Se define como la energía necesaria para evaporar un gramo de agua. Para hacernos una idea, se necesitan 540 calorías a 20ºC. Esto da idea de la energía necesaria, primero, para romper los puentes de hidrógeno establecidos entre las moléculas de agua líquida y, posteriormente, para dotar a estas moléculas de la energía cinética suficiente para abandonar la fase líquida y pasar al estado de vapor. Por esa razón, cuando se evapora el agua o cualquier otro líquido, disminuye la temperatura, lo que constituye un método eficaz en los vertebrados para disipar calor por sudoración; también las plantas utilizan este sistema de refrigeración mediante la transpiración por las hojas evaporando sustancias volátiles.

Agua y Sales Minerales: Tampones Biológicos

Son disoluciones de naturaleza variada, capaces de mantener el pH constante, dentro de ciertos límites, al añadir ácidos o bases a una disolución. Generalmente están formadas por dos especies iónicas en equilibrio (ácidos débiles y sus bases conjugadas o bases débiles y sus ácidos conjugados), de tal manera que pueden liberar o tomar protones (H⁺) del medio donde se encuentran y regular así su concentración.

Las bruscas variaciones de pH son incompatibles con la vida, ya que los organismos vivos no soportan variaciones de pH mayores de unas décimas de unidad. Las variaciones de pH afectan, en general, a la estabilidad de las macromoléculas, en concreto a la actividad catalítica de las enzimas, pues, en función del pH, pueden generar cargas eléctricas que modifican su actividad. Las proteínas poseen gran capacidad tamponadora de pH, entre ellas la hemoglobina, pero existen además otros tamponadores biológicos, como son el ión bicarbonato HCO₃^– y el ácido carbónico H₂CO₃.

Tampón Bicarbonato

Principal tampón en los medios extracelulares. Si el medio es ácido (aumenta H⁺), el equilibrio se desplaza hacia la derecha, absorbiendo el exceso de protones y generando CO₂, que es eliminado a través de la ventilación pulmonar. Si es básico, el equilibrio se desplaza hacia la izquierda, liberándose protones para neutralizar la alcalinidad y pueden a su vez ser eliminados por la orina unidos al ión difosfato o como ión amonio. A pH 7,4 la relación HCO₃^– / H₂CO₃ es 20/1, por lo que es un excelente amortiguador en medios extracelulares. Además, este sistema ofrece la ventaja de ser abierto al poder eliminar el exceso de CO₂ por ventilación pulmonar y el exceso de HCO₃^– por los riñones. El ácido carbónico es un compuesto muy inestable y se disocia rápidamente en dióxido de carbono y agua. Se necesita eliminar o introducir CO₂, con lo que se modifica el ritmo respiratorio. Este sistema principalmente es el que ayuda a mantener el pH sanguíneo.

Tampón Fosfato

Principal amortiguador intracelular. Al igual que el anterior, cuando se produce un aumento de la acidez (H⁺), el equilibrio se desplaza hacia la izquierda; si, por el contrario, se produce un descenso en el número de protones, se desplaza a la derecha. A un pH 7,4, la relación HPO₄^2- / HPO₄^– es 4/1, aunque escasa si la comparamos con el sistema bicarbonato, es un buen amortiguador en el medio intracelular teniendo en cuenta las elevadas concentraciones de fosfato en el interior celular.

Acidosis y Alcalosis

Varias causas pueden provocar el aumento de pH de la sangre (acidosis) o un descenso (alcalosis).

La acidosis se produce cuando el pH de la sangre desciende por debajo de 7,35 y puede ser generada por la producción excesiva de ácidos en los tejidos, el fallo renal, las situaciones de inanición, ciertas enfermedades como la diabetes, o la hipoventilación provocada por algunas enfermedades pulmonares o la ingestión de ciertas drogas. Las consecuencias de la acidosis son depresión del sistema nervioso central que puede desencadenar el coma o la muerte.

La alcalosis puede estar provocada por los vómitos frecuentes y repetidos, la ingestión de ciertos fármacos o la hiperventilación que disminuye la concentración de CO₂ en sangre. Puede llegar a generar sobreexcitación del sistema nervioso central, espasmos musculares, convulsiones y paradas cardiorrespiratorias.