Agua(1)

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J. L. Snchez Guilln

2

El agua es la molcula ms

abundante en

los medios

orgnicos.

Un 70% del peso celular

est formado

por molculas

de agua.

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Importancia del agua en los seres vivos:

Componente ms abundante en los seres vivos, aproximadamente un

70 por ciento de un ser vivo es agua (2/3 dentro de las clulas y 1/3 en

el medio extracelular).

Medio de disolucin y medio donde se dan los procesos qumicos.

Es el medio vital, tanto de organismos unicelulares como acuticos.

Es una sustancia muy reaccionable en procesos como la fotosntesis,

la respiracin celular o las reacciones de hidrlisis.

Hizo posible el origen de los seres vivos hace ms de 3600 millones de

aos.

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Estructura qumica de la

molcula de agua:

Est formada por dos tomos de hidrgeno y

uno de oxgeno (H2O)

unidos mediante enlaces

covalentes.

Los enlaces entre el oxgeno y los hidrgenos

forman un cierto ngulo

(104,5).

En el agua existen tambin los productos

resultantes de la

disociacin de algunas

de sus molculas: el in

H30+ y el OH-.

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=

+ +

oxgeno

H H

El agua es dipolar, el oxgeno est cargado negativamente y el hidrgeno positivamente.

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Al ser dipolar se

forman

enlaces de

hidrgeno entre

molculas de

agua. Gracias a

ellos las molculas

se mantienen

unidas y el agua

es lquida a

temperaturas a las

que otras

sustancias son

gaseosas.

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H H H

H O

O + +

+

+

=

=

Enlace de hidrgeno

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Enlaces de hidrgeno entre molculas de agua

9

La cohesividad del agua

10

El agua en estado

lquido est formada

por molculas que se

desplazan

continuamente

chocando entre ellas.

Los enlaces de

hidrgeno se forman y

se rompen

contnuamente.

De estos enlaces

depende una

propiedad muy

importante del agua

como es su

cohesividad.

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COHESIVIDAD DEL AGUA

La cohesividad, debida a los puentes de hidrgeno entre las molculas de agua, es responsable de importantes caractersticas del agua y de muchas de las funciones que el agua cumple en los seres vivos. As, son debidas a la cohesividad: - Fenmenos como el de la capilaridad, que permite la ascensin de la savia en las plantas. - Es tambin responsable de que el agua sea un lquido prcticamente incompresible capaz de dar volumen y turgencia a muchos seres vivos (p.e.:gusanos) y por ejemplo, es la responsable del esqueleto hidrosttico de las plantas. - Tambin es responsable de la elevada tensin superficial del agua; propiedad que permite las deformaciones del citoplasma celular y los movimientos internos en la clula. - Como ya se ha dicho es la responsable de los elevados puntos de fusin y ebullicin del agua. El hecho de que el agua sea lquida en su mayor parte a las temperaturas que se dan en la Tierra ha posibilitado el desarrollo de la vida en nuestro planeta. - De su elevado calor especfico: El agua almacena o libera una gran cantidad de calor al calentarse o al enfriarse; lo que permite que el agua acte como amortiguador trmico, evitando bruscas alteraciones de la temperatura y evitando de esta forma que, por ejemplo, algunas molculas como las protenas, muy sensibles a los cambios trmicos, se alteren. - Su elevado calor de vaporizacin: cantidad de calor necesario para evaporar un gramo de agua es tambin debido a la cohesividad, pues para pasar del estado lquido al gaseoso es necesario romper los enlaces de hidrgeno entre las molculas de agua. Estas dos ltimas propiedades son de gran importancia a la hora de regular la temperatura en muchos seres vivos, por ejemplo: la sudoracin.

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Capilaridad: es el ascenso del agua por conductos muy finos.

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La capilaridad y la presin radical son responsables del ascenso de la savia en los tallos de los vegetales

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Xilema (vasos leosos): A travs de estos finos conductos asciende la savia bruta desde las races hasta las hojas. Los vasos leosos disponen de refuerzos anillados o en espiral.

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Las hojas de los vegetales tienen un esqueleto hidrosttico, la prdida de agua es la responsable de la prdida de turgencia.

agua

aceite

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Las hojas de los vegetales tienen un esqueleto hidrosttico, la prdida de agua es la responsable de la prdida de turgencia.

aceite

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Solubilidad

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Solubilidad de las biomolculas

Son solubles: Los iones inorgnicos y orgnicos (grupos cidos y

aminos).

Las molculas polares (alcoholes, tioles).

Son insolubles: Las molculas apolares (molculas con mucho C e H).

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Los compuestos polares como el etanol son muy solubles en agua. Su

solubilidad se debe al grupo alcohol.

Los grupos polares y los iones poseen cargas elctricas que interaccionan con

las cargas elctricas de las molculas de agua. Estas, las molculas de agua,

rodean las partes polares y las solubilizan.

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Los compuestos polares como la glucosa son muy solubles en agua. Su

solubilidad se debe a los numerosos grupos alcohol.

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Los cidos grasos tienen largas cadenas hidrocarbonadas y por ello son

apolares e insolubles en agua

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cido graso insaturado; por tener una larga cadena hidrocarbonada ser

apolar e insoluble en agua..

El grupo cido ( ) es polar pero el conjunto de la molcula no lo es.

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Los

triacilglicridos

(grasas neutras)

son fuertemente

apolares e

insolubles en

agua por tener

largas cadenas

hidrocarbo-

nadas

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Las grandes

molculas como

las protenas

forman

disoluciones

coloidales.

Estas

disoluciones

pueden estar en

estado de sol o

gel.

El paso de sol a

gel es reversible

y depende de la

variacin de

factores fsicos o

qumicos: ph,

temperatura, etc..

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Estados de sol y de gel de una disolucin coloidal.

En el estado de sol predomina la fase dispersante, el agua, en este caso, sobre la fase dispersa, la macromolcula.

En el estado de gel predomina la fase dispersa, la macromolcula, sobre la fase dispersante, el agua.

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Estado de sol Estado de gel

macromolcula agua u otro disolvente

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Ionizacin y pH

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En el agua una pequea cantidad de molculas se encuentran ionizadas segn la siguiente ecuacin:

H2O + H2O H3O+ + OH-

+ -

En 1 mol de agua hay 10-7 moles de molculas ionizadas. El pH se define como el logaritmo negativo de la concentracin de iones H3O

+ .

pH= -log [H3O+]

El pH del agua ser por lo tanto de 7

pH= -log [10-7]= 7

+ +

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+ -

In hidronio In hidroxilo

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Los cidos disminuyen el pH del agua pues aportan iones [H3O+].

HA + H2O H3O+ + A-

si el pH < 7, la disolucin ser cida;

si el pH = 7, ser neutra;

si el pH > 7, ser bsica.

Las bases aumentan el pH del agua pues captan iones [H3O+].

HOB + H3O+ 2H2O + B

+

El pH es importante en los procesos de obtencin de energa: fotosntesis y respiracin celular.

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Los cidos disminuyen el valor del pH del agua pues aportan iones [H3O+].

H2O + HA H3O+ + A-

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H2O + HA H3O+ + A-

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+ -


H2O + HA H3O+ + A-

39

Por qu el valor del pH disminuye al aadir un cido, si los cidos aumentan la cantidad de iones [H3O

+]?

Para explicar esto supongamos que tenemos agua pura. La cantidad de iones [H3O

+] en el agua es de 10-7 , pH=7, como ya sabemos. Ahora le aadimos un cido y, volvamos a suponer, que este aumenta en un factor de 100 la cantidad de iones [H3O

+]. Ahora tendremos:

[H3O+]= 10-7*100=10-5

pH= -log [H3O+]= -log [10-5]=5

Luego el valor del pH ha pasado de 7 a 5.

40

Las bases aumentan el valor del pH del agua pues captan iones [H3O+].

HOB + H3O+ 2H2O + B

+

41

+

+

Las bases aumentan el valor del pH del agua pues captan iones [H3O+].

HOB + H3O+ 2H2O + B

+

42

Por qu el valor del pH aumenta al aadir una base, si las bases disminuyen la cantidad de iones [H3O

+]?

Para explicar esto supongamos que tenemos agua pura. La cantidad de iones [H3O

+] en el agua es de 10-7 , pH=7, como ya sabemos. Ahora le aadimos una base y, volvamos a suponer, que los iones OH- desprendidos por la base captan los iones [H3O

+] y estos disminuyen en un factor de 1000. Ahora tendremos:

[H3O+]= 10-7/1000=10-7x10-3=10-10

pH= -log [H3O+]= -log [10-10]=10

Luego el valor del pH ha pasado de 7 a 10.

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Carcter anfiptico de ciertas sustancias

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Los fosfoglicridos son anfipticos, tienen una parte polar,

soluble en agua, y otra apolar, insoluble

Recordemos que la parte polar es soluble pues posee cargas elctricas o

grupo polares que interaccionan con las cargas elctricas de las molculas de

agua. Estas, las molculas de agua, rodean las partes polares y las

solubilizan.

45

Los fosfoglicridos son

sustancias anfipticas

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Parte polar de un fosfoglicrido

Parte apolar

Parte polar Parte apolar

47


Los lpidos anfipticos forman monocapas en un medio acuoso al

introducirse en el agua la parte polar o hidrfila del lpido, mientras

que la apolar o hidrfoba, no soluble, queda en el exterior.

* Polar= hidrfilo= soluble en agua

* Apolar= hidrfobo= insoluble en agua

48


Los lpidos anfipticos forman monocapas en un medio acuoso al

introducirse en el agua la parte polar o hidrfila del lpido, mientras

que la apolar o hidrfoba, no soluble, queda en el exterior.

* Polar= hidrfilo= soluble en agua

* Apolar= hidrfobo= insoluble en agua

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Los lpidos anfipticos pueden formar bicapas entre dos medios

acuosos. Se disponen con los grupos apolares enfrentados y los

grupos polares hacia el medio acuoso.

50

Diferentes tipos de

micelas formadas

por un lpido

anfiptico

51

Los liposomas son dobles capas lipdicas cerradas que

encierran un contenido acuoso

53

Las membranas

celulares son bicapas

lipdicas.

Oligosacridos

Protenas

Esquema de la membrana plasmtica

54

Las sales minerales

55

LAS SALES MINERALES

Podemos encontrarlas disueltas en los medios celulares internos o

externos, o precipitadas en huesos y caparazones. Cuando estn disueltas

se encuentran disociadas en cationes y aniones. Los principales cationes y

aniones presentes en los medios orgnicos son:

Cationes: Na+, K+, Ca+2 y Mg+2.

Aniones : Cl-, SO4-2, PO4

-3, CO3-2, HCO3

- y NO3-

La proporcin de iones, y sobre todo de cationes, debe mantenerse

constante en los medios orgnicos, pues ciertos cationes tienen efectos

antagnicos. Por ejemplo, el Ca++ y el K+ tienen funciones antagnicas en el

funcionamiento del msculo cardaco.

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MINERALES mg/100 ml VITAMINAS ug/100 ml1

Potasio 138 Vit. A 30,0

Calcio 125 Vit. D 0,06

Cloro 103 Vit. E 88,0

Fsforo 96 Vit. K 17,0

Sodio 58 Vit. B1 37,0

Azufre 30 Vit. B2 180,0

Magnesio 12 Vit. B6 46,0

Minerales trazas2

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gramos/litro

Cloruro de sodio 6,0

Cloruro de potasio 0,2

Cloruro de calcio 0,2

Bicarbonato de sodio 0,1

Agua destilada Hasta 1000 cm3

Tabla : Suero fisiolgico de Ringer para rana

gramos/litro

Cloruro de sodio 8,0

Cloruro de potasio 0,2

Cloruro de calcio 0,2

Cloruro magnsico 0,1

Bicarbonato de sodio 1,0

Fosfato monosdico 0,05

Glucosa 1,0

Agua destilada Hasta 1000 cm3

Tabla : Suero fisiolgico de Tyrode para mamferos

Lquido empleado

en experimentos

con corazn de

rana.

Modificacin de la

solucin de Ringer

que se utiliza en

experimentos

fisiolgicos, cultivos

de tejidos,

preservado de

rganos e

irrigaciones de la

cavidad peritoneal.

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PRINCIPALES FUNCIONES DE LAS SALES MINERALES

Esqueletos y caparazones.

Mantener la salinidad.

Estabilizar las disoluciones. Por ejemplo, los amortiguadores del pH.

Especficas: Movimiento muscular, impulso nervioso etc.

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Los huesos tienen un 25% de

agua y un 45% de minerales

como fosfato y carbonato de

calcio y 30% de materia orgnica,

principalmente colgeno.

Las conchas de los moluscos

estn formadas por una matriz

orgnica de naturaleza

fundamentalmente protenica

(conquiolina) y un depsito

inorgnico de carbonato clcico.

60

Practica con esta interesante web de Lourdes Luengo

http://www.juntadeandalucia.es/averroes/manuales/materiales_tic/bio

moleculas/bioelementos.htm

Agua(1)

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