El agua

El agua es el líquido de la vida, ya que es el componente mayoritario de los seres vivos.  Su porcentaje depende del tipo de ser vivo, del tejido, de la edad… aunque la variación más importante en el contenido en agua está en función de la actividad biológica que desarrollan las células: las esporas y semillas, que prácticamente no tienen actividad metabólica, contienen un 10% de agua; mientras que el tejido nervioso, que presenta una gran actividad biológica, contiene más de un 85% de agua.

El cuanto a su localización en los seres vivos ⅔ del agua se encuentran en el interior celular y el ⅓ restante es agua extracelular: savia, sangre, linfa o como medio externo.

Pero el agua no es lo que parece:  pese a su abundancia no es una molécula corriente, es un líquido muy reaccionable con propiedades muy características.

Estructura de la molécula de agua

Debido a la configuración electrónica del oxígeno, con dos pares de electrones ocupando dos de sus cuatro orbitales, la conformación espacial de la molécula de agua es especial: en lugar de estar los átomos de hidrógeno separados 180º, como ocurre en la molécula de CO2, están separados  104,5º presentando un distribución asimétrica.

ángulo moléculasFormada por un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno unidos por enlaces covalentes polares, en la que los electrones que comparten están más cerca del oxígeno que de los átomos de hidrógeno, la molécula de agua tiene un marcado carácter dipolar aunque sea eléctricamente neutra.

Entre las diferentesmoléculas de agua se pueden producir hasta 4 puentes de hidrógeno (estaría en estado sólido), ya que el oxígeno de una molécula (σ) es capaz de interaccionar con el hidrógeno de otra molécula de agua (σ+).

La estructura reticular formada por todas las moléculas unidas mediante puentes de hidrógeno es la causante de las propiedades físico-químicas  tan características del agua.

Propiedades físico-químicas del agua

Cohesión del agua

La elevada fuerza de cohesión entre las moléculas de agua le otorgan unas características únicas de:

  • Incompresibilidad del agua líquida: al agua es líquida dentro de un rango muy amplio de temperatura (0-100º) y es capaz de mantener constante su volumen aunque se le apliquen fuertes presiones. Esta característica le permite al agua dar volumen y turgencia a la célula y formar el esqueleto hidrostático de las plantas.
  • Elevada tensión superficial: las moléculas de la superficie experimentan fuerzas de atracción hacia el interior del líquido favoreciendo que esta superficie presente resistencia a ser atravesada y actúe como una tensa membrana.  Esta característica permite los movimientos celulares y la deformación del citoplasma.
  • Elevada fuerza de adhesión: las moléculas de agua se adhieren a las paredes de conductos con diámetros pequeños, ascendiendo en contra de la gravedad, gracias a que son capaces de formar enlaces con otras moléculas polares. Este fenómeno se conoce como capilaridad y es el responsable de la ascensión de la savia bruta en las plantas.
  • Densidad: El agua líquida es más densa que el hielo, ya que en estado sólido cada molécula de agua presenta 4 puentes de hidrógeno, por lo que ocupa más espacio que el agua líquida y por lo tanto es menos denso. Esta propiedad permite al hielo flotar encima del agua, lo que posibilita la vida en el agua cuando bajan mucho las temperaturas, ya que el hielo actúa como capa protectora.

Elevado calor específico

La existencia de numerosos puentes de hidrógeno entre las moléculas de agua provoca que sean capaces de absorber o ceder gran cantidad de energía  al cambiar la temperatura o el estado físico.

  • Elevado calor específico: el calor específico es la capacidad de almacenar energía de una sustancia para subir de temperatura. Las moléculas de agua pueden absorber gran cantidad de calor sin elevar mucho su temperatura porque parte de la energía es utilizada para romper los puentes de hidrógeno. De hecho el calor específico del agua es 1 caloría por cada gramo y grado, mucho más alto que el de un metal. Esta propiedad permite al agua actuar como amortiguador térmico evitando alteraciones bruscas de la temperatura y que  las biomoléculas más sensibles a los cambios térmicos se vean alteradas.
  • Elevado calor latente de vaporización: el calor latente de vaporización es la cantidad de energía necesaria para evaporar una sustancia. Para que el agua pase del estado líquido al gaseoso hay que romper todos los puentes de hidrogeno y luego dotar todas las moléculas de la energía cinética suficiente por lo que hay que invertir gran cantidad de energía. Esta característica permite que los vertebrados disipemos calor mediante la sudoración o que las plantas transpiren.
  • Elevados puntos de fusión y ebullición: otras sustancias con masas moleculares similares son gaseosas a temperaturas en las que el agua es líquida. Este hecho permite que en la gran mayoría de las temperaturas tenemos en la Tierra el agua este en estado líquido permitiendo el desarrollo de la vida hace más de 3500 millones de años y su mantenimiento aún con grandes cambios de temperatura.

Poder disolvente

El agua también es conocida como el disolvente universal, debido a su carácter polar.  El agua es capaz de interponerse entre los diferentes iones de las redes cristalinas disminuyendo su atracción entre ellos y provocando su disolución en un fenómeno denominado solvatación iónica.

Dependiendo de si una sustancia se disuelve o no en agua se clasifican en:

  • Sustancias hidrofílicas: moléculas polares capaces de establecer puentes de hidrógeno con el agua quedando “embebidas” en su estructura reticular.
  • Sustancias hidrofóbicas: moléculas apolares incapaces de establecer puentes de hidrógeno con el agua quedando “expulsadas” de su estructura reticular.
  • Sustancias anfipáticas: moléculas con regiones polares capaces de disolverse en medios acuosos y zonas apolares que no se disuelven.

Principales funciones biológicas del agua

Como consecuencia de las propiedades físico-químicas que hemos detallado con anterioridad, al agua presenta unas funciones biológicas imprescindibles:

Función disolvente y de transporte

  • Constituye el medio en el que se realizan la mayoría de las reacciones metabólicas y gran parte de las propiedades que presentan otras moléculas se deben a las interacciones con el medio acuoso que las rodea.
  • El transporte acuoso de sustancias en el interior de los seres vivos (sangre, linfa, savia) y su intercambio con el medio externo, facilitando el aporte de sustancias nutritivas y la eliminación de productos de desecho. Muchos mecanismos de desintoxicación se deben a la introducción de grupos polares en moléculas tóxicas para hacerlas más solubles y que sean más fácilmente eliminables.

Función estructural

  • Da volumen a las células y confiere turgencia a las plantas.
  • Sirve como esqueleto hidrostático de algunos invertebrados.
  • Amortigua articulaciones en animales ya que constituye el líquido.

Función bioquímica o metabólica

Además de ser el medio donde se realizan las reacciones bioquímicas descritas en la función disolvente el agua es capaz de intervenir de forma activa en dos tipos de reacciones metabólicas:

  • En las reacciones de hidrólisis: rompiendo moléculas orgánicas en otras más simples añadiendo una molécula de agua. Así se rompen los O-glucosídico, peptídico o éster.
  • En el proceso de fotosíntesis: a través de la fotolisis del agua se aportan electrones y protones imprescindibles para la síntesis de moléculas orgánicas, y se produce O2 atmosférico. F

Función termorreguladora

  • El elevado calor específico del agua la convierte en un amortiguador térmico que impide que variaciones bruscas de temperatura afecten a los organismos:
  • Mantiene constante la temperatura corporal de los animales homeotermos (aves y mamíferos).
  • Permite la refrigeración de animales (sudoración) y plantas (transpiración).

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