El agua y su importancia biológica

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TEMA 4: EL AGUA COMO BIOMOLÉCULA.
1.-INTRODUCCIÓN.
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 químicasdel metabolismo; es, en definitiva, el
medio en el que se mueven 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 químicascelulares y, lo que es más importante, la estructura y propiedades de
muchas biomoléculas y otros componentes celulares dependen de su interacción con las
moléculas de agua que los rodean.

2.-

ESTRUCTURA MOLECULAR DEL AGUA: EL PUENTE DE
HIDRÓGENO.
Calor de
Punto de ebullición
vaporización
(ºC)
(J/g)

Substancia

Punto de fusión
(ºC)

AGUA

0

100

2260

METANOL

-9865

1100

ETANOL

-117

78

654

PROPANOL

-127

97

687

BUTANOL

-90

117

590

ACETONA

-95

56

523

HEXANO

-98

69

423

BENCENO

6

80

394

BUTANO

-135

-0,5

381

CLOROFORMO

-63

61

247

Como se puede comprobar en la tabla adjunta, el agua tiene un punto de fusión, punto
de ebullición, calores de fusión yvaporización y tensión superficial más elevados que la
mayoría de los líquidos comunes (Tabla 4.1). Otras sustancias químicamente afines a ella, como
el NH3 y 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 unidasentre 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 consumirían tanta 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

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con el de oxígeno para formar un enlace
covalente simple. La geometría 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 electronescompartidos 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 un ángulo 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 núcleodel 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 aloxígeno 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
de
hidrógeno,
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...