Modelo universitario minerva




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EL AGUA

El agua es un compuesto inorgánico indispensable para la existencia y desarrollo de todos los tipos de vida. Se encuentra en la naturaleza en tres estados: líquido en los océanos y en las aguas continentales, en estado sólido en los polos y en la nieve de las montañas, y en estado gaseoso en forma de vapor en la atmosfera.

Debido a que no sufre cambios apreciables durante su utilización biológica, en mu-chas ocasiones no se le da importancia; sin embargo, gracias a ella se llevan a cabo las diferentes reacciones bioquímicas que sustentan la vida. La principal función biológica del agua se basa en su capacidad para disolver sustancias o mantener otras en suspensión o en forma coloidal, las cuales se describen a continuación:

Solución: Sistema homogéneo que consta de un disolvente y uno o varios solutos, en el cual no podemos distinguir su separación. Por ejemplo, en el agua de mar las sales son solutos y el agua es el solvente.

Coloide: Sistema intermedio, es decir, entre homogéneo y heterogéneo con una fase dispersa y otra dispersora; a simple vista presenta el efecto Tyndall (dispersión de la luz). Los coloides son importantes, ya que 90% de la materia viva se encuentra en este estado. Por ejemplo, el protoplasma celular, humor vítreo y el plasma sanguíneo.

Suspensión: Sistema heterogéneo que consta de dos fases:. dispersa y dispersora, y es posible distinguir la separación de una con la otra Por ejemplo, agua y arena; la fase dispersora es el agua y la fase dispersa, la arena.

La diferencia entre los tres sistemas está determinada por el tamaño de las partículas. La mayoría de los organismos contienen gran cantidad de agua; en algunos casos hasta 95% de su peso (ej., medusas); cerca de 70% del cuerpo humano es agua y solo ciertos tejidos, como huesos, pelos y dientes, contienen una baja concentración.

El cuerpo humano pierde agua de manera continua a través de diferentes medios como el sudor, la orina, la respiración y las heces; el hombre requiere recuperar aproximadamente 1.5 litros de agua como mínimo al día para efectuar todas sus funciones biológicas en forma adecuada. Una pérdida de 10% del contenido de agua es causa de enfermedad y una pérdida de 20% puede causar la muerte.

ESTRUCTURA DE LA MOLÉCULA DEL AGUA

La molécula del agua no es lineal, es altamente polar; constituida por dos átomos de hidrógeno unidos por enlace covalente con un átomo de oxígeno que forma una estructura tridimensional. Los dos átomos de hidrógeno se unen a uno de oxígeno e integran una molécula de forma irregular, pues los átomos de hidrógeno quedan a los lados del oxígeno en un ángulo de 104.5º, produciéndose una desigual distribución de las cargas eléctricas (fig. 2.2).



Fig. 2.2 Estructura tridimensional del agua

PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS DEL AGUA

Dentro de las propiedades químicas del agua destaca la polaridad.

La electronegatividad del oxígeno hace a la molécula de agua muy polar; además de que la hace capaz de formar puentes de hidrógeno con otras moléculas de agua y con diferentes biomoléculas, como proteínas y carbohidratos principalmente. Los puentes de hidrógeno que se forman entre moléculas de agua son muy débiles comparados con los enlaces covalentes que existen entre los átomos de oxígeno e hidrógeno, pero al ser muchos van a permitir que se estabilicen estructuras en proteínas y ácidos nucléicos.

La temperatura tiene un efecto importante sobre la intensidad de interacción que existe entre las moléculas de agua, de tal forma que a bajas temperaturas se favore-cen los puentes de hidrógeno, mientras que a altas se inhibe su formación. El hielo tiene 100% de puentes de hidrógeno, mientras que el vapor de agua carece de ellos.

Las funciones biológicas humanas ocurren normalmente en un intervalo de tempe-ratura muy corto, alrededor de 37°C, que es la del cuerpo humano; se considera que a esta temperatura se conservan de 35 a 47% de puentes de hidrógeno.

Propiedades físicas del agua

El agua es inodora, incolora, insípida y transparente, siendo la única sustancia en estado natural sobre la Tierra en abundancia y en sus tres estados al mismo tiempo (líquido, sólido y gaseoso), siempre y cuando la temperatura sea de 0.098°C y la presión sea de 4.58 mm de mercurio. A este fenómeno se le denomina punto triple del agua.

A continuación estudiaremos sus características físicas que son:

Densidad: El agua se comporta diferente a los demás líquidos (ya que éstos se contraen al enfriarse y se congelan alcanzando su máxima densidad), en tanto que el agua alcanza su máxima densidad a los 4ºC sin congelarse y esta densidad es de 0.9999, o sea, prácticamente 1.0, valor que se considera como valor patrón de comparación para las densidades de los demás líquidos.

Gracias a los puentes de hidrógeno (fig. 2.3), el estado sólido presenta separación entre las moléculas y, por tanto, su densidad es menor que la del agua líquida, por lo que flota en ella. Esta característica permite la vida acuática en zonas frías, ya que en lagos, ríos y mares de estas zonas se forma una capa de hielo en la superficie al descender la temperatura, la cual protege el agua situada bajo ella de los descensos térmicos del exterior.



2.2. Formación de puentes de hidrógeno

Punto de ebullición y de congelación: Son muy altos, lo que permite que exista en estado líquido en una amplia gama de temperaturas y favorece la existencia de seres vivos en ambientes con temperatura extrema.

Calor específico. Éste es muy alto y permite que el agua, cuando se encuentra en grandes extensiones y volúmenes, sea regulador de la tempera-tura ambiental. En un organismo realiza los cambios en la temperatura corporal.

Calor latente de vaporización. Es el número de calorías requerido para transformar un gramo de líquido a vapor. Al ser elevado convierte el agua en un termorregulador en los organismos tanto vegetales como animales.

Capilaridad. Es el resultado tanto de la cohesión como de la adhesión del agua y se manifiesta en fenómenos como la ascensión del agua de la raíz a las hojas de las plantas.

Cohesión. Es la fuerza de unión entre dos partículas de la misma naturaleza.

Adhesión. Es la fuerza de unión entre dos partículas de distinta naturaleza.

Disociación. En el agua líquida, además de moléculas de agua (aisladas o agrupadas por puentes de hidrógeno), existe una pequeña proporción de moléculas disociadas en sus iones.

En el agua pura la concentración de los iones H+ e OH es la misma, por lo que resulta neutra. El pH en este caso es de 7.0, un pH menor de este valor indica acidez y mayor alcalinidad. En los fluidos biológicos, las variaciones del pH afectan en gran medida la actividad de muchas moléculas.

Éste es el caso de las proteínas y, en concreto, de las enzimas. Por ello, en el transcurso de la evolución, los seres vivos han adquirido mecanismos que mantienen constante el pH: son los sistemas tampón o amortiguadores.

ACTIVIDAD

Investiga, ¿cuáles serian los síntomas o alteraciones que se presentarían como consecuencia de la deshidratación en los humanos?

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ACTIVIDAD

Durante el invierno, en ecosistemas muy fríos, como ríos, lagos, mares y estanques se congelan en su superficie y forman una capa de hielo que flota sobre el agua, mientras el agua permanece en estado líquido sin congelarse, permitiendo que la vida continúe. ¿Cuál es la razón para que el agua se comporte de esta manera?

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¿A qué se debe que las moléculas de agua se puedan unir entre sí, lo cual le confiere mayor presión?

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¿Porque es tan importante la tensión superficial para los insectos?

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ACTIVIDAD

Haz una investigación documental sobre las propiedades biológicas del agua. Con esa información y de las propiedades fisicoquímicas del agua, elabora un mapa conceptual donde integres las propiedades físicas, químicas, y biológicas del agua y las diversas funciones que el agua desempeña en los seres vivos.

LAS SALES MINERALES

Las sales minerales son moléculas inorgánicas que desempeñan una función en el organismo dependiendo del estado físico en que se encuentran:

1. Sales insolubles o precipitadas. Forman estructuras sólidas que suelen cumplir funciones de protección y sostén, por ejemplo:

  • Caparazones de CaCO3 de crustáceos y moluscos o caparazones silíceos de radiolarios y diatomeas.

  • Esqueleto interno de vertebrados, cuya parte mineral está formada por la asociación de varios compuestos minerales (fosfato, cloruro, fluoruro y CaCO3).

  • Determinadas células vegetales in corporan sales minerales en su pared de celulosa, por ejemplo: las células que se encuentran en los bordes de la caña (las impregnaciones silíceas las transforman en cuchillos afilados) o las que forman parte de los pelos de la ortiga, que se vuelven frágiles y al rozarlos se fracturan y se convierten en jeringuillas que inyectan su contenido cáustico.

  • También en el citoplasma de células de algunos vegetales se acumulan cristales de oxalato cálcico, así que el exceso de su ingesta puede contribuir al desarrollo de cálculos renales o biliares.

  • En las células animales existen cúmulos de minerales con muy diferentes misiones; por ejemplo, los otolitos del oído interno que son cristales de CaCO3 que intervienen en el mantenimiento del equilibrio, o las partículas de óxidos de hierro presentes en numerosas especies y que el parecer utilizan como brújula interna para orientarse en su desplazamiento.

  • Asociadas a otras moléculas como la hemoglobina.

2. Sales solubles en agua o en disolución. Se encuentran disociadas en sus formas iónicas (cationes y aniones) correspondientes, las cuales son responsables de su actividad biológica.

  • Los principales cationes (+) son: sodio, potasio, magnesio, amonio, el catión ferroso y el férrico. Los principales aniones (–) son: cloruro, carbonato, bicarbonato y fosfato.

  • Como funciones de los cationes podemos mencionar:

  • La participación en reacciones bioquímicas.

  • La regulación de la concentración de agua en el interior del organismo, a fin de mantener el equilibrio hídrico de los seres vivos.

  • La regulación de fenómenos vitales como la transmisión del impulso nervioso, la contracción muscular y la coagulación de la sangre (Na+, K+ y Ca++).

  • La regulación del pH tanto intracelular como extracelular.

  • La regulación de la solubilidad de determinadas proteínas que son activas y estables en disoluciones salinas y no lo son en agua pura.

ACTIVIDAD

Elabora un mapa mental donde integres los dos estados en que se encuentran las sales minerales, y las funciones que realizan en los organismos.

2.3. ¿CUÁLES SON LAS BIOMOLÉCULAS ORGÁNICAS?

Existen cuatro grupos principales de biomoléculas orgánicas: carbohidratos (cuyos monómeros son los monosacáridos), lípidos (sus monómeros son los ácidos grasos), proteínas (sus unidades son los aminoácidos) y los ácidos nucléicos (formados por monómeros conocidos como nucleótidos).
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