El agua y sus propiedades

Tema 2. El agua

El agua tiene una doble importancia para los seres vivos, ya que es el componente fundamental de las células, constituyendo entre el 70 y el 90% del peso de los organismos, y su hábitat en algunas ocasiones. Todos los seres vivos precisan del agua, incluso en los seres no acuáticos el medio interior es esencialmente acuoso. Muchos científicos creen en la actualidad que lavida surgió en los antiguos mares. La vida no surgió por accidente unida al agua, dado que esta sustancia posee varias propiedades poco habituales que la hacen muy adecuada para ser el medio de la vida. Entre éstas se encuentran sus propiedades térmicas y sus características disolventes poco habituales. Las propiedades del agua están directamente relacionadas con su estructura molecular. Laimportancia del estudio de esta biomolécula inorgánica radica en que la mayoría de las reacciones bioquímicas se desarrollan en medios acuosos.

La molécula de agua está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. El agua tiene una geometría tetraédrica debido a que el O tiene una hibridación sp3. En el centro del tetraedro se encuentre el O y dos de sus esquinas están ocupadas por los átomosde H, cada uno de ellos unidos al oxígeno por medio de un enlace covalente sencillo de 104,5º. El átomo de O presenta mayor electronegatividad que los H, es decir, tiene mayor capacidad para atraer los electrones compartidos en el enlace. Como consecuencia, se generan dos cargas parciales negativas en el lado del O y una carga parcial positiva en cada uno de los H, y se dice que la molécula deagua es un dipolo eléctrico. Distintas moléculas de agua pueden establecer enlaces entre las cargas parciales negativas, situadas sobre el O de una molécula, y las cargas parciales positivas, situadas sobre los H de otras. Este tipo de atracción se llama enlace por puente de hidrógeno. Cada molécula de agua puede establecer teóricamente hasta cuatro puentes de H.

La naturaleza bipolar otorga alagua un conjunto de propiedades físico-químicas especiales de las que derivan sus funciones biológicas:

1) Elevada temperatura de ebullición.
El H2O se encuentra en estado líquido en un rango de temperaturas muy amplio, es decir, presenta unos puntos de fusión (0ºC) y de ebullición (100ºC) excepcionalmente elevados. Si el agua siguiera el patrón de compuestos como el H2S, debería fundir a-100ºC y hervir a -91ºC. En estas condiciones, la mayoría del agua de la Tierra sería vapor, siendo la vida improbable.

2) Gran poder disolvente.
El agua es el disolvente biológico universal, porque es capaz de disolver con facilidad gran diversidad de constituyentes de los seres vivos, como iones (Na+, K+ y Cl-), los azúcares y muchos aminoácidos. Esto es posible gracias a la polaridad de lamolécula de agua, que permite establecer puentes de hidrógeno con cualquier compuesto iónico y con moléculas que presentan grupos polares. Gracias a esta propiedad, el agua es el medio de transporte de sustancias en el interior de los seres vivos, permite incorporar los nutrientes a las células y eliminar los productos de desecho procedentes del metabolismo celular.
En cambio, su incapacidad paradisolver otras sustancias, como los lípidos y determinados aminoácidos, hace posible las estructuras supramoleculares (Ej., las membranas) y numerosos procesos bioquímicos (Ej., el plegamiento proteico). Un gran número de biomoléculas denominadas anfipáticas contienen grupos polares y apolares, lo que afecta significativamente a su comportamiento en el agua. Por ejemplo, los ácidos grasos ionizadosson moléculas anfipáticas que contienen grupos carboxílicos hidrófilos y grupos hidrocarbonados hidrófobos. Cuando se mezclan con el agua, las regiones hidrofílicas o polares interaccionan favorablemente con el disolvente y tiende a disolverse, disponiéndose de forma que se maximice su interacción con el agua. Sin embargo, las regiones hidrofóbicas o apolares tienden a evitar el contacto con...