12 El Agua
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El agua Autor: Maestro en Ciencias Bioquímicas Genaro Matus Ortega www.gute.com.mx
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Autor: Maestro en Ciencias Bioquímicas Genaro Matus Ortega Admisión UNAM, Grupo GUTE. El agua en nuestro mundo, la química del agua, Composición de la biomasa, Bioelementos, Biomoléculas, La contaminación del agua, Estructura química del agua, Puentes de hidrógeno, Fuerzas de cohesión, Tensión superficial del agua, Capacidad calórica, Ósmosis, Presión osmótica, Hemólisis, Crenación, soluciones isotónicas, soluciones hipertónicas, soluciones hipotónicas, soluciones hipo-osmolares, soluciones hiper-osmolares, soluciones iso-osmolares, soluciones salinas.
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El agua
Autor: Maestro en CienciasBioquímicas Genaro Matus Ortega
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PABLO
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Autor: Maestro en Ciencias Bioquímicas Genaro Matus Ortega [email protected], [email protected]
Introducción
• El Agua es el compuesto químico más abundante en los seres vivos. Puederepresentar entre el 65 y el 95 % del peso total en la gran mayoría de las diferentescélulas, tejidos y órganos.
• La mayor parte de los organismos contiene alrededor de un 75 % de su peso totalen agua.
• Un ser humano promedio de 70 kilos de peso, contiene entre el 60 o el 70% de supeso en agua, es decir, contiene ¡ 42 o hasta 49 kg de agua!.
Estructuración de los Bioelementos en una Célula
representativa
70 % Agua
(H y O)
29.9% Materia
Orgánica
(CHONSP)
0.1 %
Minerales X
(Ca, Na, K,
Mg, etc.)
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El agua en el cuerpo humano
Tejido: Proporción de aguaen el tejido (%):
Pulpa dentaria 0.2Esmalte dentario 10Esqueleto 22Tejido adiposo 30Tejido conjuntivoelástico
50
Piel 71
Tejido Distribuciónen el cuerpo (%):
Músculo 50.8Esqueleto 12.5Piel 6.6Sangre 4.7Tracto gastrointestinal 3.2Hígado 2.8Cerebro 2.7Pulmones 2.4Piel 71
Hígado 71.4Cerebro 73.33Páncreas 73.68Músculo esquelético 76Corazón 78Tracto gastrointestinal 79.07Sangre 79Tejido conjuntivo 80Riñones 80Bazo 83.74Pulmones 83.74
Pulmones 2.4Tejido adiposo 2.3Riñones 0.6Bazo 0.4Resto 11Total: 100
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El agua en el cuerpo humano
Embrión(meses):
Proporción deaguaen el embrión(%):
1 972 962 963 944 925 87.56 857 838 81
Recién nacido 75
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El agua en el cuerpo humano
Edad (años): Proporcióntotal (%):
30-39 6430-39 6440-49 6050-59 5860-69 5570-79 5380-89 5290-99 51
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La contaminación del aguaPrincipales contaminantes:
• Aguas residuales y desperdiciosdomésticos. contienen en sumayor parte materia orgánica endescomposición y que sonarrojados a los ríos, lagos, lagunasy mares.y mares.
• Aguas y contaminantes de origenindustrial. principal causa decontaminación de las aguas
• Contaminación de origenagrícola. plaguicidas, funguicidasy fertilizantes que se acumulan enlos ríos, lagos y mantos freáticos.
• Petróleo. Ocasionado por accidentes,
principalmente. www.g
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La contaminación del agua
• La materia orgánica esdescompuesta sin embargo,esta purificación natural tieneun límite:
• Si se aumenta la proporción de• Si se aumenta la proporción dedesperdicios orgánicos eloxígeno de las agua se agota ygran parte delos micro-organismos purificadoresmuere, por lo que y el agua setorna sucia, maloliente y seconvierte en un foco deinfección. w
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La contaminación del agua
• Los detergentes son los agentescontaminantes más nocivos parala vida acuática; un solo gramode detergente basta parainutilizar mil gramos de aguapara usos domésticos y hacerlapara usos domésticos y hacerlaimpropia para el desarrollo delos peces y las plantas acuáticas,pues impiden el intercambio deoxígeno entre las capassuperficiales de agua y el aireatmosférico.
• Recordarlas mezclasheterogéneas agua-aceite.w
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La contaminación del agua
• Los fertilizantes y agroquímicosdisueltos en el agua, favorecenel crecimiento desmedido delos microorganismos queafectan las poblaciones deplantas y peces, provocando“pestilencia” y turbidez en las“pestilencia” y turbidez en lasaguas.
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La contaminación del agua
• Dentro de los contaminantes deorigen industrial se encuentra grancantidad de compuestos como elhollín, que cubre las plantas terrestresy acuáticas por lo que se reduce eloxígeno liberado por la fotosíntesis.oxígeno liberado por la fotosíntesis.
• Otras sustancias como sales de plomo,cadmio y mercurio se disuelven en elagua, y pueden ser acumuladas porlos organismos que las han absorbido;y cuando los animales consumimoslos vegetales contaminados, sufrimosdisfunciones digestivas, nerviosas yrenales. w
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La contaminación del agua
• Las sales de plomo provienen dela fabricación de pinturas, deacumuladores, de tetraetilo deplomo, y gran variedad deplásticos y derivados delpolietileno.
• El cadmio es desechado porfábricas de recubrimientosmetálicos, plásticos y plaguicidas ycausa daños en el aparatodigestivo y en los riñones,descalcifica los huesos, lesiona lamédula ósea.
• En el caso del mercurio, se haasociado a la aparición de cáncer ylesiones cerebrales.
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La estructura química del agua
Las propiedades del agua y desus productos de ionización (H+
y OH–) influyen en laspropiedades y arreglosestructurales de componentescelulares como las enzimas, lascelulares como las enzimas, lasproteínas (globulares yestructurales), los ácidosnucleicos, los agregadoslipídicos, etc.
Todas las propiedades sonresultado de la estructuraquímica de las moléculas deagua:
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La estructura química del agua
Al tener los átomos de oxígeno y dehidrógeno diferentes valores deelectronegatividad (2.1 y 3.5respectivamente) los electrones del enlace,involucrados en la formación del orbitalmolecular son atraídos con mayor fuerzahacia el oxígeno, lo que conduce a:hacia el oxígeno, lo que conduce a:
La formación de un enlace polar endonde quedan expuestos los núcleos de loshidrógenos. El enlace O-H tiene un 33 % deelectrovalencia o carácter iónico, lo cual seve relejado en el momento dipolar de lamolécula que asciende a 1.85 debyes (1.85unidades electrostáticas por ángstrom).
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La estructura química del agua
Sólo dos de los seis electrones de los orbitales más externos del oxígeno intervienen en los enlaces covalentescon los hidrógenos y los cuatro electrones restantes quedan en pares no enlazados.
Los pares de electrones libres son importantes, pues pueden generar fuerzas de interacción electrostáticas(como los puentes de hidrógeno) con iones o con partículas polares.w
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Los puentes de hidrógeno
• Este tipo de interacción intermolecular esmuy débil si se le compara con losenlaces covalentes, pero tiene granfuerza y menor longitud de enlace si secompara con las fuerzas van der Waals.
• Para su formación requiere de lageneración de dos momentos dipolares(al igual que las fuerzas de van derWaals), pero durante el establecimientode los puentes de hidrógeno ocurre unaWaals), pero durante el establecimientode los puentes de hidrógeno ocurre unacompartición de un par de electronesaportados por un solo átomo (fenómenosimilar a lo que ocurre en los enlacescovalentes coordinados).
• Además, los puentes de hidrógeno aligual que los enlaces covalentes (y adiferencia de las fuerzas de van derWaals) presentan direccionalidad deenlace, es decir, el átomo donador deelectrones tiende siempre a orientarsehacia la posición del átomo que exhibe elhidrógeno desnudo.w
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La naturaleza fisicoquímica del agua
• Wilhelm Conrad Roetgen en 1862 propone que el agua es “un líquido asociado”.
• ¡No existe agua en la forma de H2O, sino nH3O!
En 1957 Frank y Wen, propusieron un “efecto de cooperatividad en la formación de los puentes dehidrógeno” de tal manera que:
Cuando se establece la formación de uno de ellos, se favorece la formación de varios otros.
Cuando en un agregado de moléculas de agua se rompe alguno de los puentes, se desmorona el racimoo copo de agua y las moléculas se separan rápidamente.w
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El hielo es menos denso ¿Y qué?
Temperatura(° C):
Densidad delagua
(g / cm3):0 0.999872 0.999972 0.999974 1.000006 0.999978 0.9998810 0.9997315 0.9991020 0.9982330 0.9956840 0.99225
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Estados de agregación del agua
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En el agua se propaga rápido una corriente eléctrica
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Se explica con el salto de protones
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La tensión superficial del agua
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Tensión superficial del agua
Las fuerzas decohesióncohesiónintermolecularespermiten la tensiónsuperficial de lossolventes líquidos.
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La interfase agua-aire
La clave estáen los puentesde hidrógeno.
Además, la evaporación absorbe energía e impide que se eleve nuestra temperatura
de hidrógeno.Hay un efectosinérgico,cooperativoen las redes.
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El agua como agente termo-regulador
¡Qué rico es sudar!www.g
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Para las chicas…
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Un termo-regulador local y global
Sustancia: Calor latente devaporización (cal/g)
Agua 539.6Etanol 216.5Benceno 94.4Ácido acético 94.4Ácido acético 94.4Acetato de etilo 88.1Tetracloruro decarbono
46.4
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El agua como solvente natural
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El agua como solvente natural
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El medio celular
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La presión osmótica
Presión osmótica = p = i MRT
donde p es la presión osmótica medida en atmósferas;i es elfactor de van’t Hoff que refleja la ionización de los solutos;M es la molaridad de la solución (número de moles / litro de solvente);R es la constante de los gases (0.082 L atm / K mol);T es la temperatura medida en K.
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Ósmosis
T1 T2
Flujo de agua a travésde la membrana
T1 T2
Equilibrio de la presiónosmótica a ambos lados de
Presión osmótica
Presión de turgencia enplantas y organismoscon pared celular.
de la membranasemipermeable
osmótica a ambos lados dela membrana
T1 T2 T1 T2
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Soluciones hipo e hipertónicas
• Cuando dos soluciones tienendiferente presión osmótica,se dice que la másconcentrada es hipertónicahipertónicarespecto a la más diluida y
Hipertónica
respecto a la más diluida yque esta última es hipotónicahipotónicarespectorespecto aa la másconcentrada.
• Cuando una solución tiene lamisma osmolaridad que lasangre, se dice que esisotónica. Hipotónicaw
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• Si se ponen eritrocitos en una soluciónhipertónica, los eritrocitos se deshidratan en unfenómeno llamado crenación.
• Si se ponen en una solución hipotónica, loseritrocitos se llenan de agua y eventualmentese rompen –se hemolizan-.
• En una solución isotónica, los eritrocitosconservan sus propiedades y su forma.
• En algunas enfermedades como la desnutricióno mal funcionamiento renal, la presiónosmótica es menor y se produce edema.
• En biología tenemos membranas que sonsemipermeables o selectivamente permeables,es decir, sólo permiten el paso de algunossolutos o sólo del disolvente.
• El movimiento de iones o moléculas pequeñasa través de membranas selectivamentepermeables se llama diálisis.w
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La presión osmótica
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Concentración de metabolitos
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