el agua como biomolécula

El agua es, con mucho, la sustancia más abundante en los sistemas vivos, constituyendo un 70% o más del peso de la mayoría de los organismos. Está presente en todos los lugares de la célula, es el medio de transporte de los nutrientes celulares y el medio de reacción en el que tiene lugar la inmensa mayoría de las reacciones químicas del metabolismo; es, en definitiva, el medio en el que semueven e interactúan las demás biomoléculas.
La abundancia y ubicuidad del agua en la materia viva no deben conducirnos al error de considerarla como un líquido inerte con la única misión de rellenar espacios vacíos en los organismos vivos. Muy por el contrario, el agua participa activamente como reactivo en muchas reacciones químicas celulares y, lo que es más importante, la estructura y propiedadesde muchas biomoléculas y otros componentes celulares dependen de su interacción con las moléculas de agua que los rodean.
Como se puede comprobar en la tabla adjunta, el agua tiene un punto de fusión, punto de ebullición, calores de fusión y vaporización y tensión superficial más elevados que la mayoría de los líquidos comunes (Tabla 4.1). Otras sustancias químicamente afines a ella, como el NH3y el SH2, son gases a temperatura ambiente, mientras que el agua, como es obvio, se encuentra en estado líquido a esa temperatura. Estas propiedades físicas excepcionales delatan la existencia de poderosas fuerzas intermoleculares que mantienen unidas entre sí las moléculas de agua adyacentes, ya que de lo contrario, los cambios de estado de sólido a líquido y de líquido a gas no consumiríantanta energía como parecen indicar dichas propiedades.
Analizaremos a continuación la estructura de la molécula de agua, con el objeto de identificar la naturaleza de esas fuerzas intermoleculares responsables de tan elevado grado de cohesión interna.
En la molécula de agua (H2O) cada átomo de hidrógeno comparte un par electrónico 2con el de oxígeno para formar un enlace covalente simple. Lageometría de la molécula está determinada por la forma de los orbitales electrónicos más externos del átomo de oxígeno que son los que participan en los enlaces. Estos orbitales describen un tetraedro casi regular con los electrones compartidos con el hidrógeno en dos de sus vértices y los electrones sin compartir en los otros dos (Figura 4.1). De este modo, los tres átomos de la molécula forman unángulo de 104,51, algo menor que los 109,51 de un tetraedro regular, debido a que la repulsión entre los orbitales no enlazantes del oxígeno comprime ligeramente a los orbitales enlazantes con el hidrógeno.
Por otra parte, el núcleo del átomo de oxígeno atrae hacia sí con más fuerza los electrones compartidos que el núcleo del átomo de hidrógeno, es decir, el átomo de oxígeno es más electronegativo.Por lo tanto, en la molécula de agua el oxígeno y los hidrógenos comparten los electrones de forma desigual: los electrones están más tiempo cerca del oxígeno que del hidrógeno, de alguna manera "pertenecen" más al oxígeno que al hidrógeno. Esta forma desigual de compartir los electrones provoca la aparición de cargas eléctricas parciales en distintas zonas de la molécula: sobre los átomos dehidrógeno, parcialmente desposeídos de sus electrones, aparece, por defecto, una carga parcial positiva (δ+); correspondientemente el exceso de densidad electrónica sobre el átomo de oxígeno se traduce en la aparición sobre el mismo de una carga parcial negativa (δ-) que se encuentra repartida entre sus dos orbitales no enlazantes (Figura 4.2). Así, la molécula de agua, aún siendo eléctricamente neutra(carga neta=0), se convierte en un dipolo eléctrico doble, con una carga parcial positiva sobre cada átomo de hidrógeno y una carga parcial negativa en cada uno de los orbitales no enlazantes del oxígeno. Las cuatro cargas parciales se encuentran en disposición tetraédrica alrededor del núcleo del oxígeno.La existencia de cargas eléctricas parciales permite que se establezcan interacciones...