El agua

El agua

Este estudio detallado de la química de la vida comenzará examinando las propiedades del agua. Sus propiedades físicas le permiten funcionar como solvente de sustancias iónicas y polares, mientras que sus propiedades químicas condicionan que forme enlaces débiles con otros compuestos, incluso otras moléculas de agua. Las propiedades químicas del agua se relacionan también con las funciones de las macromoléculas, de las células y de los organismos completos. Dichas interacciones son importantes en la estabilidad estructural de las macromoléculas y de las celulas. Se apreciará cómo afecta el agua las interacciones de las sustancias que tienen poca solubilidad en ésta. 

Algunas propiedades importantes del agua se deben a la forma angulada y a los enlaces intermoleculares que puede formar. Un átomo de oxígeno tiene ocho electrones y su núcleo cuenta con ocho protones y ocho neutrones. Hay dos electrones en la capa interna y seis en la capa externa de este átomo. La capa externa presenta el potencial de contener cuatro pares de electrones en un orbital s y tres orbitales p. Sin embargo, la estructura y las propiedades del agua se pueden explicar mejor si se supone que los electrones de la capa externa ocupan cuatro orbitales hí- bridos sp3 . Imagínese el lector que esos cuatro orbitales ocupan las cuatro esquinas de un tetraedro que rodea al átomo central de oxígeno. Dos de los orbitales híbridos sp3 de un átomo de oxígeno contienen electrones aislados, lo cual significa que el oxígeno puede formar enlaces covalentes con otros átomos, compartiendo electrones para llenar dichos orbitales. En el agua, los enlaces covalentes implican a dos átomos distintos de hidrógeno, cada uno de los cuales comparte su único electrón con el átomo de oxígeno.

Además de sus propiedades físicas, las propiedades químicas del agua también son importantes en bioquímica, porque las moléculas de agua pueden reaccionar con moléculas biológicas. El átomo de oxígeno, rico en electrones, determina gran parte de la reactividad del agua en las reacciones químicas. 

La atracción entre uno de los átomos de hidrógeno, ligeramente positivo, de una molécula de agua y los pares de electrones parcialmente negativos en uno de los orbitales híbridos sp3 produce un puente de hidrógeno.

Concentraciones celulares y difusión

• Hipertónica: Disoluciones con mayor osmomolaridad. Una célula rodeada por una disolución hipertónica se encoge al salir el agua.
• Isotónica:Disoluciones de igual osmomolaridad. Una célula rodeada por una disolución isotónica no gana ni pierde agua.
• Hipotónica: Disoluciones con menor osmomolaridad en el citosol, Una célula rodeada por una disolución hipotónica se hincha al penetrar el agua.

Importancia biológica del agua

“El  agua  es  el  alma  madre  de  la  vida  y  la  matriz,  no  hay vida  sin agua”

Albert Szent Gyorgi. 

El  agua  es  un  compuesto  inorgánico  formado  por  dos  átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. Es la sustancia química más abundante que  se  puede  encontrar  en  la  naturaleza  ya  que  ocupa  tres cuartas partes de la superficie del planeta estando distribuida en 98%  el cual corresponde a agua salada que se encuentra en mares y océanos, el agua  dulce  que  poseemos  en  un  69%  corresponde  a  agua  atrapada en  glaciares  y  nieves  eternas,  un  30%  está  constituida  por aguas subterráneas  y  una  cantidad  no  superior  al  0,7%   se  encuentra  en forma de ríos y lagos., ha estado presente en torno a 3.000 millones de  años  y  constituye  aproximadamente  de  50%   a  90%   de  los organismos.

 Los  enlaces  que  mantienen  unidos  sus  3  átomos  se  denominan enlaces covalentes, lo que  quiere  decir que los  átomos intercambian electrones  en  las  ultimas  capas  de  cada  átomo,  sin  embargo en  el caso del agua, el oxígeno posee gran  cantidad de protones en su núcleo  que  su  atracción  no  deja  que  los  electrones  viajen  mucho  por fuera, por lo que no se produce mucho intercambio, y esta propiedad se conoce como polaridad. 

El agua comúnmente se suele considerar un líquido polar. Y como tal, actúa como un disolvente, permitiendo a otros líquidos y sustancias hidrófilas  disolverse en ella. 

Debido  a  que  el  agua  tiene  propiedades  inherentes  a  su  estructura, le  permite  realizar  diversas  funciones  las  cuales  son  sumamente imprescindibles para que haya vida, entre estas tenemos: 

• Disolvente: La polaridad que tiene el agua entre sus propiedades  la convierte  en  disolvente  universal.  El  agua  puede  separar  el  soluto polar  y  puede  disolver  muchas  sustancias  diversas.  Por  supuesto, esta  característica  es  vital  para  las  reacciones  que  se  dan  en  el cuerpo  humano  y  en  el  cuerpo  del  resto  de  seres  vivos  ya  que  la mayoría de reacciones bioquímicas solo se dan dentro de soluciones acuosas. 

• Función  metabólica:  Ya  que  posee  tantos  enlaces  de  hidrógeno  tiene la capacidad de tomar el calor con mucha facilidad y calentarse, pero una  vez  caliente,  tarda  más  en  enfriarse,  y  esta  característica  es esencial  para  los  procesos  biológicos  necesarios  para  la  vida,  donde el cuerpo necesita estar siempre a la misma temperatura, y cualquier variación puede ocasionar problemas o incluso la muerte. 
• Función estructural: La elevada cohesión de las moléculas  permite al agua  dar  volumen  a  las  células,  turgencia  e  inclusive  actúa como esqueleto hidrostático en ciertos animales invertebrados.
• Función   mecánica   amortiguadora:   Debido   a   que   es   un   líquido incomprensible, cumple con esta función en las articulaciones de los vertebrados a modo del líquido sinovial. 
• Función  de  transporte:  Con  su  alta  capacidad  como  disolvente  le permite  el  transporte  de  ciertas  sustancias  en  el  interior  de  los organismos  y  su  intercambio  con  el  medio  externo,  mediante esto,  se   facilita   el   aporte   de   sustancias   nutritivas   y   eliminación   de desechos. 
• Vida  en  bajas  temperaturas: Su mayor  densidad  en  estado líquido explica que al descender la temperatura, se forma una capa de hielo en  la  superficie,  que  flota  y  protege  de  los  efectos  térmicos  del exterior  al  agua  líquida  que  queda  debajo;  este  hecho  permite  la supervivencia de muchas especies. 
• Tensión   superficial:   Esta   propiedad   permite   a   algunos   insectos apoyarse sobre la superficie, de modo que parece que andan sobre el agua, de lo que se aprovecha el insecto zapatero y algunos otros que son  capaces  de  vivir  con  el  oxígeno  que  se  introduce  en  forma  de burbujas en el interior.