5. El agua: un líquido extraño
Importancia cuantitativa:
Es la sustancia más abundante en la
biosfera y el componente mayoritario de
los seres vivos: entre el 65 y el 95% del
peso de la mayor parte de las formas
vivas es agua.
Esta agua se distribuye de la siguiente
forma:
– 2/3 agua intracelular
– 1/3 agua extracelular (intercelular –plasma- y
líquidos circulantes –savia, sangre).
6. El agua: un líquido extraño
El contenido de
agua depende de:
– La especie. Los
organismos
acuáticos tienen
valores cercanos al
90 %; las especies
que viven en zonas
desérticas tienen
contenidos en agua
bajos.
7. El agua:
un líquido extraño
El contenido en agua
disminuye con la edad
– La edad.
8. El agua:
un líquido extraño
El contenido en agua aumenta con
la actividad metabólica.
– El tipo de tejido u órgano.
Plasma sanguíneo
Piel
Tejido conjuntivo
Dientes 10%
60%
72%
92%
9. El agua: un líquido extraño
Importancia cualitativa:
El agua EN ESTADO LÍQUIDO fue el soporte donde
surgió la vida y dónde se desarrollan los procesos
biológicos.
La evolución ha venido condicionada por la necesidad
de los seres vivos de mantener un entorno acuoso
(medio interno).
Las biomoléculas tienden a interaccionar con el agua.
10. El agua: un líquido extraño
Si disminuye el contenido en agua por debajo de un valor crítico, las
actividades vitales se detienen.
11. El agua: un líquido extraño
La cantidad de agua debe mantenerse
constante en cualquier estado fisiológico.
12. Como el oxígeno es más electronegativo
que el hidrógeno, los pares de
electrones compartidos se ven atraídos
con más fuerza por el núcleo del
oxígeno que por el del hidrógeno.
Se crea así una asimetría eléctrica que
genera cargas eléctricas parciales:
- Positivas, en los hidrógenos
- Negativas, en el oxígeno
Naturaleza molecular del agua
El agua es un
dipolo eléctrico
13. Naturaleza molecular del agua
Ese carácter dipolar permite
que se formen puentes de
hidrógeno entre cargas
parciales opuestas.
Los puentes de hidrógeno que
forma el agua son enlaces muy
débiles pero muy numerosos:
cada molécula de agua se
rodea de otras cuatro moléculas
unidas por puentes de
hidrógeno.
El agua presenta alta
cohesividad
14. Naturaleza molecular del agua
El agua presenta alta
cohesividad
La vida media de los puentes de
hidrógeno es muy breve (10-11
s).
Sin embargo, los enlaces de
hidrógeno se rompen y se forman
de manera constante, lo que
mantiene las interacciones y
permite que las moléculas de
agua se unan con una fuerza
considerable.
15. El agua: propiedades físicas
El agua tiene unas extraordinarias propiedades físicas y
químicas que van a ser responsables de su importancia
biológica.
– Disolvente universal
– Líquida a temperatura ambiente
– Incompresible
– Elevada fuerza de cohesión: capilaridad
– Elevada tensión superficial
– Gran calor específico
– Elevado calor de vaporización
19. Capacidad disolvente del agua
Debido a la polaridad de su molécula, el agua se interpone entre los iones
de las redes cristalinas de los compuestos iónicos, lo que origina una
disminución importante de la atracción entre ellos y provoca su separación
y, en definitiva, su disolución.
20. Capacidad disolvente del agua
A la fuerza con la que las moléculas de un disolvente mantienen separados a
los iones de carga opuesta se le llama constante dieléctrica. En el agua, a de
20 ºC, vale 80; es decir, los aniones y los cationes se atraen con una fuerza 80
veces menor en el seno del agua que fuera de ella
31. Propiedades del agua:
Líquida a temperatura ambiente
La elevada fuerza de cohesión
entre sus moléculas permite que
el agua se mantenga líquida a
temperaturas no extremas.
Gracias a esta propiedad, el
agua actúa como vehículo de
transporte en el interior de un
organismo vivo y como medio
lubricante en las estructuras de
movimiento.
32. Propiedades del agua:
Incompresibilidad
Debido también al elevado grado de
cohesión entre sus moléculas, el
volumen del agua líquida no disminuye
apreciablemente aunque se apliquen
presiones muy altas. Esta propiedad
determina las deformaciones
citoplasmáticas y permite que el agua
actúe como esqueleto hidrostático en
las células vegetales.
33. Propiedades del agua:
Gran fuerza de adhesión
El alto grado de cohesión molecular,
combinado con la adhesión a la
superficie de otras estructuras (debida
a su polaridad), permite que el agua
pueda ascender a lo largo de
conductos estrechos. Esta propiedad
denominada capilaridad resulta
fundamental para el ascenso de la
savia bruta por los tubos del xilema en
los vegetales.
34. • En el interior de una masa de agua, las
moléculas se cohesionan entre sí mediante
puentes de hidrógeno en todas las
direcciones del espacio, por lo que las
fuerzas se compensan.
• Sin embargo, las moléculas de agua
situadas en la superficie únicamente están
sometidas a la acción de las moléculas de
agua del interior del líquido al no existir
fuerzas de cohesión con las moléculas del
aire.
Elevada tensión superficial
Interior
• Se origina de esta forma una fuerza
neta dirigida hacia el interior del líquido,
que se denomina tensión superficial y
permite que la superficie libre del agua
se comporte como una membrana
elástica tensa.
• Esta propiedad es la causa de la
mayoría de las deformaciones celulares
y de los movimientos citoplasmáticos.
35. Dilatación
anómala
• Cuando un líquido se congela,
aumenta su densidad, pues el
grado de empaquetamiento
molecular es mayor.
• Sin embargo, cuando la
temperatura del agua desciende
por debajo de 4 °C, sus moléculas
se acercan tanto que cada una de
ellas puede formar enlaces de
hidrógeno con otras cuatro
moléculas, formándose una red
espacial estable que ocupa más
volumen que el agua líquida, por lo
que el hielo es menos denso y
flota en ella.
Líquido
normal
Agua
36. Dilatación
anómala
• Este hecho tiene una importante
consecuencia biológica:
cuando se produce un
enfriamiento del agua de los
mares y ríos, la superficie se
congela pero el fondo permanece
líquido porque la capa de hielo
superficial actúa como aislante
térmico, lo cual permite la
supervivencia de los organismos
acuáticos durante el invierno.
37. Elevados calor específico y de
vaporización.
• El agua puede absorber grandes
cantidades de "calor" que utiliza para
romper los puentes de hidrógeno. por
lo que la temperatura se eleva muy
lentamente.
• Análogamente ocurre para evaporar
el agua , 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. Para evaporar un
gramo de agua se precisan 540
calorías, a una temperatura de 20º C.
38. Elevados calor específico y de
vaporización.
Esta propiedad hace que el agua
tenga función de amortiguación
térmica:
• La temperatura corporal debe
mantenerse estable entre ciertos límites
para evitar la alteración de muchas
biomoléculas y para que las reacciones
biológicas se realicen correctamente. La
existencia de un alto porcentaje de agua
facilita la estabilidad térmica.
• Además, en los organismos acuáticos,
contribuye a crear un ambiente con pocas
fluctuaciones térmicas.
39. Elevados calor específico y de
vaporización.
Esta propiedad hace que el agua
tenga función de amortiguación
térmica:
• Al evaporarse agua, tomando energía
térmica del medio se provoca el
enfriamiento del conjunto.
Basta con que se evaporen 2 g de agua
para compensar la elevación de
temperatura que se produciría al aplicar 1
kcal a 11 g de agua.
40. Propiedades químicas: baja ionización
El agua puede ionizarse originando dos
iones, H3O+
y OH-
, con carga opuesta, en
igual concentración (Los iones H3O+
suelen
representarse simplemente como H+
).
41. Propiedades químicas:
baja ionización.
• La concentración de moléculas
ionizadas en el agua pura es muy
baja: a 25 °C es de 1014
mol/L y, por
tanto, [H+] = [OH-] = 10-7
. Sin
embargo, cuando se disuelve un
ácido en agua, la [H+] aumenta, y si
es una base, disminuye.
• Para expresar el grado de acidez
de una disolución se utiliza el
término pH, que se define como el
logaritmo del inverso de la [H+].
42. • Los líquidos biológicos han de mantenerse a pH “fisiológicos” para que no se
altere la funcionalidad de las proteínas.
• Cualquier variación de dicho valor altera la estructura y función de las
proteínas.
• En las reacciones bioquímicas se liberan con frecuencia pequeñas cantidades
de estos ácidos.
• Para amortiguar estas variaciones de pH existen los sistemas tampóntampón.
43. El agua : reactivo químico
El agua y sus productos de ionización participan en una serie de
reacciones biológicas importantes:
Hidrólisis: una molécula de agua lleva a cabo la rotura de una
molécula orgánica, como sucede, por ejemplo, durante los procesos
digestivos y en otros procesos metabólicos.
El proceso inverso a la hidrólisis se denomina condensación
(moléculas sencillas se unen para obtener otras mayores), el cual
origina moléculas de agua que se denominan «agua metabólica».
En la fotólisis del agua, durante la fotosíntesis oxigénica, el agua
actúa como agente reductor proporcionando electrones e
hidrógenos para generar materia orgánica.
44. Agua metabólica
En el camello,
mediante la
degradación oxidativa
de la grasa se obtiene
1,1 g de agua a partir
de cada gramo de
grasa metabolizada.
