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1 El Agua como sustancia Adaptado por Nelson Velásquez Contenido Importancia del agua en el organismo. Estructura molecular del agua. Propiedades físico-químicas. Funciones y disociación del agua. Importancia del Agua El agua es la biomolécula más abundante en el ser humano. Constituye un 65-70% del peso del cuerpo, debiéndose mantener alrededor de estos valores. De lo contrario, el organismo sufriría graves situaciones patológicas. La importancia del estudio del agua estriba en que casi todas las reacciones bioquímicas del organismo tienen lugar en medios acuosos.
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El Agua como sustancia
Adaptado por Nelson Velásquez
Contenido
Importancia del agua en el organismo. Estructura molecular del agua. Propiedades físico-químicas. Funciones y disociación del agua.
Importancia del Agua
El agua es la biomolécula más abundante enel ser humano.
Constituye un 65-70% del peso del cuerpo,debiéndose mantener alrededor de estosvalores. De lo contrario, el organismo sufriríagraves situaciones patológicas.
La importancia del estudio del agua estribaen que casi todas las reacciones bioquímicasdel organismo tienen lugar en mediosacuosos.
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casi
Agua en el cuerpo humano
Estructura Molecular del Agua
La estructura de la molécula del agua tiene caráctertetraédrico, con una hibridación sp3 del átomo deoxígeno, situado en el centro, y los dos átomos dehidrógeno dispuestos en dos de los vértices de dichotetraedro.
Las dos restantes direcciones de enlace correspondena los otros dos orbitales, ocupados cada uno de ellospor una pareja de electrones.
El ángulo entre los dos átomos de hidrógeno es de104.5°; la distancia de enlace entre oxígeno ehidrógeno es de 0.096 nm.
Molécula de Agua
La letra griega delta minúscula (δ) significa “carga parcial”
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Estructura Molecular del Agua
La mayor electronegatividad del oxígeno conrespecto al hidrógeno, determina una distribuciónasimétrica de la carga electrostática, con mayordensidad electrónica sobre el oxígeno y, por tanto,un déficit electrónico sobre los hidrógenos.
En consecuencia, la molécula de agua es un dipoloeléctrico, sin carga neta.
Esta estructura condiciona muchas de laspropiedades físicas y químicas del agua, debidofundamentalmente a la posibilidad de establecimientode puentes de hidrógeno entre moléculas acuosas yde éstas con otras moléculas.
Regla de disolución: cada sustancia se disuelve con su igual.Lo polar disuelve a los polar (agua, ácidos, sales metálicas).Lo no polar disuelve a lo no polar (aceites, grasas).
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¿Qué dijeron?¿ya no va asalir?
Puente de Hidrógeno
Un enlace por puente de hidrógeno seefectúa entre un átomo electronegativo y elátomo de hidrogeno unido covalentemente aotro átomo electronegativo.
Este enlace es mucho mas débil que losenlaces covalentes, formándose yrompiéndose con mayor rapidez que estosúltimos.
Cada molécula de agua puede interactuar porpuentes de hidrogeno con otras cuatromoléculas de agua.
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Puente de Hidrógeno
Propiedades Físicas yQuímicas del Agua
1. Densidad máxima a 4 °C: Este comportamiento anómalo permite que el
hielo flote en el agua. Esta densidad anómala permite la existencia
de vida marina en los casquetes polares yaque el hielo flotante actúa como aislantetérmico, impidiendo que la masa oceánica secongele.
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Propiedades Físicas yQuímicas del Agua
2. Elevado Calor Específico (1 cal/g x °C) (calornecesario para elevar la temp. de 1 g de aguaen 1 °C concretamente desde 15 a 16 °C)
Este alto valor permite al organismoimportantes cambios de calor con escasamodificación de la temp corporal.
El agua se convierte en un mecanismoregulador de la temp del organismo, evitandoalteraciones peligrosas, fundamentalmente através de la circulación sanguínea.
Termorregulacióncorporal
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Propiedades Físicas yQuímicas del Agua
3. Elevada Temp. de ebullición: En comparación con otros hidruros, la Temp.
de ebullición del agua es mucho mas elevada(100 °C a 1 atmósfera).
Esto hace que el agua se mantenga liquida enun amplio margen de temp. (0-100 °C), loque posibilita la vida en diferentes climas,incluso a temp. extremas.
Propiedades Físicas yQuímicas del Agua
4. Elevado Calor de Vaporización: (calornecesario para vaporizar 1 g de agua: 536cal/g).
Este valor elevado permite eliminar el excesode calor, evaporando cantidadesrelativamente pequeñas de agua.
Ello posibilita, cuando es necesario, mantenerla T° del organismo mas baja que la delmedio ambiente.
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Propiedades Físicas yQuímicas del Agua
4. Elevado Calor de Vaporización: Por tanto, la vaporización continua de agua
por la piel y los pulmones constituye otromecanismo regulador de la temp.
La evaporación del sudor también contribuyea este mantenimiento, con lo queglobalmente ello supone la eliminación totalde unas 620 Kcal diarias.
Propiedades Físicas yQuímicas del Agua
5. Elevada Conductividad Calórica: Permite una adecuada conducción de
calor en el organismo, contribuyendo ala termorregulación, al mantenerconstante e igualar la temp. en lasdiferentes zonas corporales.
Igualmente, corrientes marinasdistribuyen el calor en el planeta.
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Propiedades Físicas yQuímicas del Agua
6. Disolvente de compuestos polares denaturaleza no iónica:
Ello sucede por la capacidad del agua deestablecer puentes de hidrogeno con grupospolares de otras moléculas no iónicas.
Así, puede disolver compuestos tales comoalcoholes, ácidos, aminas y glúcidos.
Acetona en solución
Propiedades Físicas yQuímicas del Agua
7. Capacidad de Hidratación o Solvatación deIones:
El carácter dipolar del agua determina quesus moléculas rodeen a los distintos iones,aislándolos del resto.
A este fenómeno se le denomina hidratacióno Solvatación de iones y facilita a su vez laseparación de iones de diferentes carga, loque contribuye a la solubilización decompuestos iónicos.
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Propiedades Físicas yQuímicas del Agua
8. Elevada Constante Dieléctrica ( = 80 a 20°C)
Implica que el agua sea un buen disolventede compuestos iónicos y sales cristalizadas.
Este elevado valor de la constante suponeque las moléculas de agua se oponen a laatracción electrostática entre los ionespositivos y negativos, debilitando dichasfuerzas de atracción.
Separación de iones de un cristal
Solvatación o Hidratación
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Propiedades Físicas yQuímicas del Agua
9. Disolvente de Moléculas Anfipáticas: El agua solubiliza compuestos anfipáticos (se llaman asi
aquellos que presentan en su estructura grupos polaresy apolares simultáneamente): emulsionantes.
Esta solubilización lleva consigo la formación demicelas, con los grupos apolares o hidrófobos en suinterior y los grupos polares o hidrófilos orientadoshacia el exterior para contactar con el agua.
Esta y las anteriores propiedades determinan que elagua sea considerada como el disolvente universal,permitiendo la realización de procesos de transporte,nutrición, osmosis, etc., cuya ausencia haría imposibleel desarrollo de la vida.
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Propiedades Físicas yQuímicas del Agua
10. Elevada Tensión Superficial: Determina una elevada cohesión entre las moléculas
de su superficie y facilita su función como lubricanteen las articulaciones.
La tensión superficial es efecto de los puentes dehidrógeno y consiste en la formación de una “piel”resistente en la superficie.
Por la TS el agua tiende a formar gotas esféricas quepresentan la menor superficie de contacto por unidadde volumen, lo que evita su evaporación.
Tensioactivos o Surfactantes
La tensión superficial disminuye con lapresencia de ciertos compuestos quereciben el nombre genérico detensioactivos (jabones, detergentes,etc.) que facilitan que al agua “moje”más rápidamente. También promuevenla mezcla y emulsión de grasas en elmedio acuoso.
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Propiedades Físicas yQuímicas del Agua
11. Transparencia: Esta propiedad física no afecta directamente
al ser humano, pero es importante para quese origine el proceso de fotosíntesis en lamasa oceánica y fondos marinos.
Como este es el comienzo de una cadenatrófica que finaliza en la nutrición humana, latransparencia acuosa contribuye al adecuadodesarrollo de la vida.
Propiedades Físicas yQuímicas del Agua
12. El agua es un electrolito débil: Ello se debe a la naturaleza de su estructura
molecular. Libera el mismo catión que losácidos (H+; ion hidrógeno o protón, o ionhidronio) y el mismo anión que las bases (OH-
; ion hidroxilo). Por tanto, el agua es un anfolito o sustancia
anfótera, es decir, puede actuar como ácido ocomo base.
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Funciones Bioquímicas yFisiológicas del Agua
Las funciones bioquímicas y fisiológicas que elagua desempeña en el organismo se basanen las propiedades físico-químicas anteriores.
Entre ellas destacan: El agua actúa como componente estructural de
macromoléculas, como proteínas, polisacáridos,etc., ya que estabiliza su estructura,fundamentalmente a través de la formación depuentes de hidrógeno.
Funciones Bioquímicas yFisiológicas del Agua
El agua, como disolvente universal de sustancias,tanto iónicas como anfipáticas y polares no iónicas,permite que en su seno se produzcan casi todas lasreacciones bioquímicas, y es además un excelentemedio de transporte en el organismo.
El agua es el sustrato o el producto de diversasreacciones enzimáticas. Puede actuar comocosustrato en reacciones catalizadas por hidrolasas ehidratasas, o puede ser el producto de reaccionescatalizadas por oxidasas.
Asimismo, participa como reactante o como productoen infinidad de vías metabólicas.
Funciones Bioquímicas yFisiológicas del Agua
El carácter termorregulador del aguapermite conseguir un equilibrio detemp. en todo el cuerpo, la disipaciónde cantidades elevadas de calormetabólico, etc.
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Compartimentación AcuosaCorporal
Según su compartimentación, el aguacorporal se puede clasificar en aguaintracelular y extracelular.
El agua intracelular existe en el interiorde la célula, tanto en el citosol como enel resto de las estructuras celulares, yconstituye un 70% del total del aguaexistente en el organismo.
Compartimentación AcuosaCorporal
Esta agua intracelular se puedeclasificar a su vez en: Agua libre, de la que puede disponer la
célula de inmediato y con facilidad. Agua ligada o asociada, que es la que se
encuentra unida a estructuras y entidadesmacromoleculares.
Compartimentación AcuosaCorporal
El agua extracelular constituye un 30% delcontenido total de agua en el organismo y sepuede clasificar en: Agua plasmática, en la que se incluye el agua del
plasma y de la linfa, y que supondría un 7% deltotal.
Agua intersticial, que comprende el agua presenteen el líquido intersticial, en el líquidocefalorraquídeo, en el humor ocular, etc. Suponeun 23% del total del agua del organismo.
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Ingestión y Excreción delAgua
En lo referente a la ingestión yexcreción de agua en los sereshumanos, los valores consideradoscomo normales son los siguientes: Ingestión media (2700 mL)
Bebida: 1300 mL Alimentos: 900 mL Oxidación metabólica: 500 mL
Ingestión y Excreción delAgua
Excreción (2700 mL) Respiración: 500 mL Transpiración, evaporación: 700 mL Orina: 1400 mL Heces: 100 mL
