BIOLOGIA 54. AGUA Y GRUPOS FUNCIONALES El agua constituye más del setenta por ciento del peso de un ser vivo. Se encuentra tanto en el exterior como en el interior de las células, y es el medio donde se producen las reacciones químicas responsables del mantenimiento de la vida. Una molécula de agua está formada por un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno. Si bien esta molécula es neutra (no tiene carga), presenta un área parcialmente negativa y otra área parcialmente positiva. Eso provoca que las moléculas de agua tiendan a acercarse entre sí, ya que la zona positiva se acerca a la negativa. El resultado es que las moléculas se unen a través de un tipo de enlace llamado “puente hidrógeno”, que no es una unión química, sino una fuerte atracción entre las moléculas que las mantiene cohesionadas. Figura 1. Dos moléculas de agua se atraen y unen mediante una unión puente hidrógeno (en línea punteada) Si bien los enlaces puente hidrógeno son débiles (en comparación con una unión química) varios de ellos forman una unión fuerte como para mantener a las moléculas de agua cohesionadas en estado líquido o sólido, según la temperatura. La temperatura acelera el movimiento de las partículas. A temperaturas altas, las moléculas se mueven tanto que las uniones puente hidrógeno se rompen, que las moléculas se encuentran separadas entre sí (estado gaseoso), mientras que a temperaturas bajas, los enlaces puente de hidrógeno están firmes y se forma hielo (estado sólido). El estado líquido en un intermedio entre ambos, ya que las moléculas de agua no están todas unidas ni todas separadas, sino en un estado constante de armado y desarmado de uniones puente hidrógeno que es el estado líquido. Figura 2. Moléculas de agua en estado líquido formando uniones puente hidrógeno. Estas uniones se arman y desarmen continuamente. Las moléculas de agua no son las únicas que pueden formar uniones puente hidrógeno entre sí. Hay otras moléculas que, al igual que el agua, tienen áreas negativas y áreas positivas, y pueden formar enlaces puente hidrógeno entre sí, o con moléculas de agua. Cuando una molécula forma uniones puente de hidrógeno en el agua, se disuelve en ella. Por ejemplo, el azúcar tienen una estructura química que le permite formar estos enlaces en el agua, entonces se disuelve, en cambio el aceite no. MOLÉCULAS ORGÁNICAS Y GRUPOS FUNCIONALES Retomando el concepto de niveles de organización, recordemos que los seres vivos estamos formados por células, y que estas, a su vez, están formadas por moléculas orgánicas que son de cuatro tipos: hidratos de carbono, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. Todas las sustancias orgánicas, a diferencia de las inorgánicas, están formadas por átomos de carbono unidos entre sí a través de uniones covalentes (que son las uniones que se forman entre sustancias no metálicas). Cada átomo de carbono tiene cuatro sitios de unión, con los que puede unirse a otros átomos del mismo tipo y formar cadenas carbonadas que pueden ser lineales, ramificadas o en forma de anillos. Pero independientemente de su forma, siempre constituirán un esqueleto al que también se le unirán otros átomos, como hidrógeno (H), oxígeno (O), nitrógeno (N), fósforo (P) o azufre (S). En las biomoléculas, los elementos preponderantes son el C, H y O, N, P y S. De modo que, como se muestra en la figura siguiente a modo de ejemplo, las distintas moléculas orgánicas diferirán entre sí según el tipo de átomos, la cantidad, la proporción y la forma en que estén combinados entre sí. Figura 3. Cuatro moléculas orgánicas Toda molécula orgánica tendrá ciertas propiedades particulares debido a la presencia grupos funcionales. Un grupo funcional es un conjunto de átomos presente en la cadena carbonada de un compuesto, que le confiere determinadas a dicho compuesto, por ejemplo, la propiedad de ser soluble en agua. En la figura siguiente se ilustran algunos grupos funcionales: Figura 4. Grupos funcionales. a) Oxhidrilo (los compuestos con este grupo se denominan alcoholes); b) Cetona, c) Aldehído, d) Carboxilo (los compuestos con este grupo son ácidos); e) Amino; f) Fosfato; g) Metilo. Todos los grupos funcionales enumerados, excepto el metilo, son solubles en agua, ya que forman uniones puente hidrógeno con ella). Por lo tanto, si una molécula presenta esos grupos funcionales será capaz de disolverse en el agua, o al menos, será soluble la parte de la molécula que contenga ese grupo funcional. Aclaremos con algunos ejemplos: La molécula dibujada en el centro (inmersa en agua) tiene varios grupos funcionales solubles en agua, por lo tanto, será totalmente soluble en agua (las líneas punteadas representan los enlaces puente hidrógeno). Las moléculas solubles en agua se denominan “hidrofílicas” (“filia” significa “afinidad”) Figura 5. Molécula polar en agua En cambio, la molécula siguiente es insoluble agua: no presenta grupos funcionales polares que hagan uniones puente hidrógeno con ella. Las moléculas insolubles en agua se denominan “hidrofóbicas” (“fobia” significa “rechazo”) Figura 6. Molécula no polar en agua Esta tercera molécula, tiene una parte soluble y otra no. Las moléculas de este tipo denominan anfipáticas. Por regla general, cuanto más larga es la cadena carbonada, menos soluble será la molécula en su totalidad. Figura 7. Molécula anfipática en agua CUESTIONARIO 1. ¿Qué es una unión puente hidrógeno? 2. ¿Cuál es la característica de las moléculas orgánicas, que las diferencia de las inorgánicas? 3. ¿Cuáles son los cuatro tipos de moléculas orgánicas que componen a los seres vivos? 4. ¿Qué es un grupo funcional? 5. Mencione los distintos tipos de grupos funcionales 6. ¿Cuáles son los grupos funcionales solubles en agua? 7. ¿Qué significa que una molécula sea hidrofílica o polar? 8. ¿Qué significa que una molécula sea hidrobóbica o no polar? 9. ¿Qué significa que una molécula sea anfipática?
