El Agua

El agua es el principal disolvente biológico, presenta una alta capacidad térmica y alcanza su mayor densidad en estado líquido.

Propiedades del Agua

Alta Constante Dieléctrica

Las moléculas de agua forman un dipolo, con un extremo negativo y otro positivo. Esto permite una elevada capacidad disolvente de sales y sustancias covalentes polares (como los glúcidos), y dispersa sustancias anfipáticas (con grupos hidrófilos e hidrófobos). Esto permite que el agua sea el medio donde se realizan las reacciones metabólicas.

Alto Calor Específico

El agua absorbe/libera grandes cantidades de calor sin grandes variaciones de temperatura, actuando como un amortiguador térmico.

Alto Calor de Vaporización

El agua absorbe energía cuando pasa de estado líquido a gaseoso. Se puede eliminar calor con poca pérdida de agua, actuando como regulador térmico de vertebrados.

Alta Tensión Superficial (Elevada Fuerza de Cohesión)

Las moléculas de agua están muy cohesionadas por la acción de puentes de hidrógeno, manteniendo una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incompresible. Sirve como sustancia amortiguadora.

Elevada Adhesión Molecular

Se debe a los enlaces puente de hidrógeno entre moléculas de agua y moléculas polares. Como consecuencia se produce la capilaridad: el agua tiene capacidad de ascender por las paredes de un capilar (conducto de diámetro pequeño).

Bajo Grado de Ionización

La mayor parte de las moléculas de agua no están disociadas. En el agua pura, a 25ºC, sólo una molécula de cada 10.000.000 está disociada, por lo que la concentración de H⁺ es de 10^-7. Por esto, el pH del agua pura es igual a 7.

2H₂O -> H₃O⁺ + OH^–

Estado Líquido a Temperatura Ambiente

Debido a la gran cohesión entre sus moléculas, el agua está en estado líquido, pudiendo actuar como medio de transporte.

Densidad del Agua

En estado líquido, el agua es más densa que en estado sólido, por lo que el hielo flota en el agua. Esto se debe a que los puentes de hidrógeno a temperaturas bajo cero unen a las moléculas de agua ocupando mayor volumen. Esto permite la vida debajo del hielo.

Funciones del Agua

• Disolvente polar universal: El agua, debido a su elevada constante dieléctrica, es el mejor disolvente para moléculas polares.
• Lugar donde se realizan reacciones químicas: Debido a ser buen disolvente por su constante dieléctrica y su bajo grado de ionización. El agua también participa en reacciones de hidrólisis.
• Función estructural: Por su cohesión molecular, el agua confiere estructura, volumen y resistencia.
• Función de transporte: Por ser buen disolvente, por su constante dieléctrica y por su capilaridad, los seres vivos utilizan el agua como medio de transporte por su interior.
• Función amortiguadora: Por su cohesión molecular, el agua sirve como lubricante entre estructuras que friccionan y evita el rozamiento.
• Función termorreguladora: Por su alto calor específico y alto calor de vaporización, el agua es un material idóneo para mantener constante la temperatura, absorbiendo exceso de calor o cediendo energía.

Sales Minerales

Son compuestos solubles o insolubles en agua presentes también en los seres vivos. Si son insolubles suelen formar estructuras sólidas como caparazones o esqueletos.

Sales Disueltas

Aparecen disociadas en:

• Aniones: Cl^–, CO₃^2-, HCO₃^–, PO₄^3-, SO₄^2-
• Cationes: Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺

Mantienen el grado de salinidad, amortiguan cambios de pH mediante el efecto tampón, controlan la contracción muscular, producen gradientes electroquímicos, estabilizan dispersiones coloidales.

Sales Precipitadas

Las sales precipitadas (sólidas) forman estructuras duras, que proporcionan estructura o protección al ser que las posee. Ejemplos son las conchas, los caparazones o los esqueletos. Carbonatos y fosfatos de calcio, sílice, etc. (Con función esquelética y protectora)

Funciones de las Sales Minerales

• Constitución de estructuras duras y de sostén: Fosfatos, carbonatos y sílice precipitados, presentes en esqueletos, caparazones, espículas, ciertas semillas y frutos, paredes celulares vegetales.
• Funciones fisiológicas y bioquímicas: Para realizarlas correctamente se deben mantener en equilibrio las concentraciones de los diferentes iones.
• Mantienen el grado de salinidad en los organismos: La concentración de sales de los distintos organismos se mantienen más o menos constante.
• Regulan la actividad enzimática: Determinados iones activan o inhiben reacciones químicas.
• Generan potenciales eléctricos: Intervienen en la transmisión del impulso nervioso.
• Regulan los cambios de pH en el organismo (Sistemas Tampón)
• Regulan los procesos osmóticos: Se produce entrada o salida de agua de los compartimentos fisiológicos en función de la concentración de sales.

Sistemas Tampón

Como consecuencia de las reacciones metabólicas, se producen continuamente sustancias ácidas o básicas que alteran el pH de los líquidos fisiológicos. Esta alteración del pH puede desnaturalizar proteínas (dejan de hacer su función).

Para evitarlo, algunas sales disueltas contribuyen a disminuir estas variaciones, manteniendo el pH constante.

Existen sistemas tampón en todos los fluidos biológicos. Los más importantes son:

• El sistema tampón fosfato/bifosfato, en líquidos intracelulares.
• El sistema tampón carbonato/bicarbonato, en el medio extracelular.

pH

El pH mide la cantidad de iones H⁺ en un medio líquido. En nuestro organismo, el pH óptimo es de 7. Si se separa de este valor, algunas sales reaccionan entre sí y compensan la variación de iones.

Ósmosis

La ósmosis es un fenómeno en el que se produce el paso de un disolvente (agua) a través de una membrana semipermeable (no pasa soluto) desde una disolución más diluida (hipotónica) a otra más concentrada (hipertónica).

• Cuando el medio externo es hipertónico, sale agua por ósmosis. En células vegetales, se produce plasmólisis. En células animales como los glóbulos rojos, se arrugan.
• Cuando el medio externo es hipotónico con respecto al interior, entra agua por ósmosis (turgencia). En células animales, se produce hemólisis.