Importancia del Agua Para los Seres Vivos

1.-IMPORTANCIA DEL AGUA PARA LOS SERES VIVOS
2.-ALGUNAS PROPIEDADES DEL AGUA
3.- ESTRUCTURA QUÍMICA DEL AGUA
4.- ESTRUCTURA QUÍMICA DEL AGUA COMO SUBSTANCIA
5.- LA COHESIVIDAD DEL AGUA
6.- EL CARÁCTER DIPOLAR DEL AGUA
7.- PROPIEDADES DE LAS DISPERSIONES
8.- IONIZACIÓN Y pH
9.- EL AGUA COMO SUSTANCIA REACCIONABLE
10.-LAS SALES MINERALES
10.1.- INTRODUCCIÓN
10.2.- FUNCIONES
11.-GASES
EL AGUA
1. IMPORTANCIA DEL AGUA PARA LOS SERES VIVOS
El agua es el líquido más abundante de la corteza y uno de los pocos líquidos
naturales. No es de extrañar entonces que el agua sea una sustancia esencial
en los seres vivos. El agua es el componente más abundante en los medios
orgánicos, los seres vivos contienen por término medio un 70% de agua. No
todos tienen la misma cantidad, los vegetales tienen más agua que los
animales y ciertos tejidos (por ejemplo: el tejido graso) contienen menos agua tiene entre un 10% a un 20% de agua- que otros como, por ejemplo: el
nervioso, con un 90% de agua. También varía con la edad, así, los individuos
jóvenes tienen más agua que los adultos (la carne de ternera es más tierna que
la de vaca).
El agua en los seres vivos se encuentra tanto intra como extracelularmente. El
agua intracelular, la que está en el interior de las células, representa 2/3,
aproximadamente, del agua que contiene un ser vivo y el agua extracelular
representa el tercio restante.
Esta última se encuentra bañando las células o circulando en forma de sangre,
linfa, savia, etc.
En los seres unicelulares y en los organismos acuáticos el agua es además su
medio ambiente.
El agua no es un simple medio ni una mera fase inerte, es un líquido muy
reaccionable. Interviene en muchas reacciones químicas, bien como reactivo o
como producto de la reacción, y resulta imprescindible para la estabilidad de
muchas sustancias biológicas, por ejemplo, las proteínas.
Por último diremos que la vida se originó hace más de 3500 millones de años
en el medio acuático y las condiciones de aquel ambiente primitivo imprimieron
un sello permanente en la química de los seres vivos. Todos los seres vivos
han sido diseñados alrededor de las propiedades características del agua, tales
como su carácter polar, sus enlaces de hidrógeno y sus elevados puntos de
fusión, ebullición,calor específico y tensión superficial.
1 2.- ALGUNAS PROPIEDADES DEL AGUA
Masa molecular.......... 18 da
Punto de fusión......... 0oC (a 1 atm)
Punto de ebullición .... 100oC (a 1 atm)
Densidad (a 40C)........ 1g/cm3
Densidad (00C).......... 0'97g/cm3
3.-ESTRUCTURA QUÍMICA DEL AGUA
La molécula de agua está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de
oxígeno. En el agua existen también los productos resultantes de la disociación
de algunas de sus moléculas: el ión H3O+ y el
OH-.
En la molécula de H2O los enlaces covalentes
entre el oxígeno y los dos átomos de hidrógeno
forman un ángulo de 104'5 º. Además, el átomo
de oxígeno atrae hacia sí los electrones del
enlace covalente.
Esto hace que la molécula presente un exceso
de carga negativa en las proximidades del
átomo de oxígeno y un exceso de carga positiva
en los átomos de hidrógeno.
Por lo tanto, cada molécula de agua es un dipolo eléctrico.
4.-ESTRUCTURA QUÍMICA DEL AGUA COMO SUBSTANCIA
Al ser las moléculas de agua dipolos eléctricos se establecen enlaces de
hidrógeno entre el átomo de oxígeno de una molécula y los átomos de
hidrógeno de las moléculas vecinas.
2 Estos enlaces de hidrógeno se forman y se
escinden a gran velocidad, aunque su estabilidad
disminuye al elevarse la temperatura.
Debido a estos enlaces las moléculas de
agua se mantienen unidas - cohesividad - y el
agua es líquida a temperaturas a las que otras
sustancias de moleculares similares como el CH4 y
el H2S son gaseosas. De la cohesividad dependen
también una serie de propiedades del agua de gran
importancia para los seres vivos.
5.-LA COHESIVIDAD DEL AGUA
La cohesividad, debida a los puentes de hidrógeno entre las moléculas de
agua, es responsable de importantes características del agua y de muchas de
las funciones como:
La función estructural, responsable de:
-
Los
fenómenos
de
capilaridad,
que
permite la ascensión de la savia a través
de finísimos conductos que forman los
vasos leñosos en las plantas.
-
Que
sea
prácticamente
capaz
de
un
líquido
incomprensible
dar
volumen
y
turgencia a muchos seres vivos (gusanos) y constituir el esqueleto
hidrostático de las plantas.
-
La elevada tensión superficial del agua permitiendo las deformaciones
del citoplasma celular y los movimientos internos de la célula.
3 La función termorreguladora:
-
Elevado punto de fusión y de ebullición, de manera que otras sustancias
de masa moleculares parecidas son gaseosas mientras que el agua es
líquida.
-
Elevado calor específico, definido como la cantidad de calor necesaria
para elevar la temperatura de una cierta masa de agua 1º C. Esto hace
que el agua almacene o libere una gran cantidad de calor al calentarse o
al enfriarse; lo que permite que el agua actúe como amortiguador
térmico, evitando bruscas alteraciones de la temperatura y evitando de
esta forma que, por ejemplo, algunas moléculas como las proteínas,
muy sensibles a los cambios térmicos, se alteren.
-
Elevado calor de vaporización, definido como la cantidad de calor
necesario para evaporar un gramo de agua, para ello es necesario que
los puentes de hidrógeno se rompan.
Permite la vida en zonas polares: esto es debido a que alcanza su máxima
densidad a 4º C, por lo que el agua en estado sólido es menos densa y de esta
manera el hielo flota, permitiendo la vida acuática.
6.-EL CARÁCTER DIPOLAR DEL AGUA
Debido a que el oxígeno atrae con más fuerza los electrones éste
presenta una carga parcial negativa, mientras que los átomos de hidrógeno
presentan una carga parcial positiva, haciendo que la molécula de agua se
comporte como un dipolo, esta propiedad es responsable de una de las
funciones más importantes del agua y es que es el
disolvente universal por excelencia, su elevada
constante dieléctrica facilita la disolución de los
compuestos iónicos. Las moléculas de agua se
orientan alrededor de los iones positivos con la
parte negativa de su molécula hacia ellos y en el
caso de los iones negativos les enfrentan la parte
positiva. También son solubles en agua las
sustancias polares, por ejemplo los glúcidos, que tienen una elevada
proporción de oxígeno decimos que son sustancias hidrófilas. Por el contrario,
4 aquellas sustancias orgánicas que presentan una
elevada proporción de hidrógeno y pocos átomos
de oxígeno son poco solubles en agua, por
ejemplo los lípidos, son sustancias hidrófobas.
Algunas sustancias tienen una parte de su
moléculas que es soluble en agua y otra
insoluble, son sustancias anfipáticas.
Este tipo de sustancia cuando están en
medio acuoso, se orientan, de manera
que cuando están en contacto con la
superficie del agua se orientan con la
parte hidrófila o polar hacia el agua y la
parte hidrófoba o apolar, hacia el exterior formando monocapas. En el seno del
agua forman bicapas o micelas, disponiéndose los grupos apolares
enfrentados entre sí y los polares hacia el agua. A veces las dobles capas
lipídicas encierran un contenido acuoso, formando un liposoma.
Liposoma
5 Las grandes moléculas, como las proteínas forman disoluciones coloidales
o dispersiones. Podemos por tanto encontrar los siguientes tipos de
disoluciones acuosas:
•
Disoluciones moleculares o verdaderas: formadas por un disolvente y un
soluto constituido por partículas menores de 10nm. Ej. Agua con azúcar.
•
Disoluciones coloidales o dispersiones: formadas por un dispersante y
partículas dispersas, cuyo tamaño oscila entre 10nm y 100nm. Por
ejemplo agua y proteínas. Este tipo de disoluciones pueden estar en dos
estado: sol y gel. En el estado de sol predomina la fase dispersante, el
agua, por ejemplo, sobre la fase dispersa y la solución es más fluida. En
estado de gel predomina la fase dispersa, por ejemplo, la proteína y la
solución es más viscosa. El paso de un estado a otro es reversible y
diversos factores físicos o químicos ( ph, temperatura,…)pueden hacer
que una solución pase de un estado a otro sin variar la concentración de
las partículas dispersas.
6 •
Dispersiones coloidales hidrófobas: son inestables y están formadas por
partículas anfipáticas, que tienden a reunirse entre sí y a formar una fase
separada del agua (aceite y agua), a veces estas soluciones pueden
hacerse estables gracias a sustancias que impiden la unión entre las
partículas dispersas, se forma entonces una emulsión (estable), ejemplo,
las grasas de la leche forman una emulsión gracias a las proteínas.
7.- PROPIEDADES DE LAS DISPERSIONES:
-
Tienen elevada viscosidad.
-
Poseen gran poder de adsorción, es decir atraen sobre su superficie,
átomos, iones,…
-
Presentan efecto Tyndall que se produce cuando las ondas luminosas
son dispersadas (opalescencia) por las partículas coloidales.
-
No
pueden
sedimentar,
excepto
mediante
elevados
campos
gravitacionales (ultracentrifugación).
-
Se pueden purificar mediante diálisis, es decir, se pueden separar las
partículas coloidales de las no coloidales gracias a una membrana que
deja pasar las moléculas pequeñas, pero no las grandes. Una aplicación
es la hemodiálisis, que se aplica a enfermos con insuficiencia renal,
mediante esta técnica se eliminan las dales minerales y productos de
desecho, pero no proteínas de la sangre.
-
Se pueden separar mediante electroforesis, técnica que consiste en
aplicar un campo eléctrico, para que las partículas coloidales se
desplacen y así separarlas, de manera que las partículas cargadas
positivamente (cationes ) emigrarán al cátodo (-) y las cargadas
negativamente (aniones) al ánodo (+).
8.- IONIZACIÓN Y pH (FUNCIÓN QUÍMICA)
Parte de las moléculas (10-7
moles por litro de agua, 1 mol= 6´023x1023
moléculas) están disociadas. La ecuación de ionización del agua es la
siguiente
H2O + H2O <--------------------------> H 3O + OH-
7 Las sustancias ácidas al disolverse en agua se disocian y producen
iones H+ que aumentan la concentración de iones H3O+ del medio. Las
sustancias básicas se disocian también produciendo iones OH—que se unen a
los iones H3O+
formándose dos moléculas de agua, por lo que la
concentración de iones H3O+ del agua disminuye.
Esta disociación del agua pura a 25ºC es:
Kw = [H3O+ ] [OH- ] = 10-14 moles/l
[H 3O - ]= [OH- ] = 10-7 moles/l
La concentración de iones H3O+ o H
+
del agua se puede tomar, por lo tanto,
como una medida de su acidez, si es alta, o de su basicidad, si es baja.
El pH se define como el logaritmo decimal negativo de la concentración
de iones H3O+ de una disolución.
1
pH= - log (H3O+) =
------------log( H +)
Por lo tanto en el agua pura si la concentración de protones es de 10
-7
moles por litro, el pH = 7 .Así que
• si el pH < 7, la disolución será ácida;
• si el pH = 7, será neutra;
• si el pH > 7, será básica.
Puede decirse, a modo de ejemplo, que el pH de la sangre es ligeramente
básico (pH=7'37) mientras que el del estómago es fuertemente ácido (pH=1).
8 9 Las variaciones del pH son de gran importancia en muchos procesos
biológicos de la célula. Así, por ejemplo, en los procesos de acumulación de
energía en el ATP o en la activación de las enzimas de los lisosomas.
9.- EL AGUA COMO SUSTANCIA REACCIONABLE
Gracias a esa capacidad de disociación iónica, le permite intervenir en
numerosas reacciones químicas, llevando a cabo una función química
importante en las células.
- En las reacciones de hidrólisis. Se trata de la rotura de un enlace covalente
por la adición de H y OH a los átomos que están unidos entre sí. De esta
manera se separan, por ejemplo, los aminoácidos que forman las proteínas
cuando estas se hidrolizan; el H y el OH se unen al nitrógeno y al carbono
que forman el enlace peptídico en un proceso similar, pero inverso, al de la
formación del enlace. Algo parecido ocurre con otros enlaces como con el
glicosídico o con el enlace éster.
- El agua puede ser adicionada a un doble enlace formándose una función
alcohol.
- El agua tiene también una gran importancia en la fotosíntesis por ser la
sustancia que repone los electrones que se utilizan en los procesos de síntesis
de sustancias orgánicas.
LAS SALES MINERALES
1.- INTRODUCCIÓN:
Pueden presentarse en dos formas:
-
No ionizadas: precipitan formando estructuras duras, como conchas,
esqueletos, caparazones,..
-
Ionizadas: disueltas en forma de cationes ( Na+ , Ca++ , K
+
,…) o
aniones ( Cl- , SO4 2- , PO4 3- ,HCO3 - ).
2.- FUNCIONES:
a) Estructural
b) Regulación de la presión osmótica
10 c) Amortiguadores del pH
d) Acciones específicas de cationes
a) ESTRUCTURAL
La llevan a cabo las sales no ionizadas y que se encuentra precipitadas
formando parte de materiales de construcción, confiriendo estructura a diversos
órganos, ejemplo el CaCO3
forma parte de las conchas de los moluscos,
caparazón de Crustáceos, huesos de vertebrados,..; el CaPO4
contribuye al
endurecimiento de los huesos, los silicatos forman las espículas de las
esponjas, estructuras de sostén en vegetales, valvas de diatomeas,..
b) REGULACIÓN DE LA PRESIÓN OSMÓTICA
Las membranas biológicas son semipermeables, es decir a través de ellas
pasa el disolvente pero no el soluto. La ósmosis es un fenómeno de difusión
pasiva, en el que se produce el paso del disolvente (agua) a través de una
membrana semipermeable, desde la disolución más diluida a la más
concentrada, hasta equipararse las concentraciones. La presión que ejercen
las moléculas de soluto a ambos lados de la membrana se denomina presión
osmótica.
11 Dos disoluciones con la misma concentración separadas por una membrana
semipermeable se dice que son isotónicas. Si tienen diferente concentración la
más concentrada se llama hipertónica y la menos hipotónica.
Las células en estado normal deben estar siempre en un medio isotónico.
¿Qué ocurre si están en un medio hipertónico? que sale agua hacia el exterior
para equiparar las concentraciones, disminuye el volumen de la célula y
aumenta la presión osmótica en su interior, en el caso de las células vegetales,
las vacuolas se contraen y la membrana plasmática se separa de la pared
celular, provocando la rotura de la misma, a este fenómeno se le llama
plasmólisis. Pero, ¿qué ocurre si el medio es hipotónico? que el agua entra al
interior de la célula, produciendo turgescencia, aumenta el volumen celular y
disminuye la presión osmótica, en el caso de las células animales como los
glóbulos rojos, se produce el estallido de la misma (hemolisis).
a.- Medio isotónico; b.Medio hipertónico; c.Medio hipotónico
12 Todos los seres vivos están obligados a una osmorregulación, es decir a
regular la presión osmótica de sus células. Así por ejemplo, los organismos
unicelulares como las bacterias tienen una pared celular que les protege de la
elevada presión osmótica que se genera en su interior ya que viven en medios
hipotónicos. Los protozoos evitan el estallido gracias a unas vacuolas
contráctiles que continuamente bombean agua hacia el exterior.
Las raíces de los vegetales como viven en medios hipotónicos, absorben agua
produciendo una turgescencia lo que facilita el crecimiento de las plantas, el
exceso de agua es eliminado a través de los estomas. Si el medio fuese
hipertónico, se produciría una salida de agua y la planta se marchitaría. Las
plantas adaptadas a vivir en medias salinos (hipertónicos), como las plantas
halófitas, presentan estrategias para sobrevivir en estas condiciones, algunas
absorben sales para mantener en el interior una mayor concentración que en el
exterior, otras tienen glándulas secretoras de sales.
Los animales como los peces de agua dulce, que viven en un medio
hipotónico, absorben mucha agua y eliminan una orina muy diluida. Sus
riñones necesitan filtrar mucha agua y retener sales. No necesitan beber. Sin
embargo, los peces de agua salada (medio hipertónico), si beben y eliminan el
exceso de sal por las branquias. Su orina es hipertónica, ya que deben filtrar
poco agua.
Los
mamíferos
mantienen
el
equilibrio
hídrico
salino
por
diferentes
mecanismos:
- A través de los riñones, los glomérulos filtran y en los túbulos contorneados y
Asa de Henle se reabsorbe agua y sales dependiendo de las necesidades del
organismo.
- A través del intestino grueso se absorbe agua y sales, lo que hace que las
heces sean más o menos sólidas y salinas.
- A través de la piel, con el sudor se elimina agua y sales minerales.
13 C) AMORTIGUADORES DEL pH (BUFFER O SISTEMAS TAMPÓN)
http://www.monografias.com/trabajos14/escalaph/escalaph.shtml
Los sistemas tampón se basan en una de las propiedades de los ácidos
débiles y es que son ácidos que no se disocian totalmente, de manera que ante
un pH determinado, pueden actuar como aceptores o dadores de protones ( H+
), sin que cambie a penas el pH del medio. Es decir, si el medio es básico
liberan H+ y si el medio es ácido captan H+ .
Un amortiguador es una solución que resiste los cambios de pH cuando
se le agregan pequeñas cantidades de ácidos o de base .Las soluciones
amortiguadoras se preparan con un ácido o una base débil y una de sus sales.
Dos ejemplos característicos son
el tampón bicarbonato propio del
medio extracelular y el tampón fosfato propio de los líquidos intracelulares.
El ácido carbónico se disocia de la siguiente manera
HCO3- + H+ <-------------> H2CO3 <--------------> CO2 + H 2O
<
En un medio ácido el equilibrio de la reacción se desplaza hacia la
derecha y en un medio básico se desplaza hacia la izquierda.
El tampón fosfato se disocia así.
H2 PO4- + H+ <---------------------->
H3 PO4
Un ejemplo de la actuación de estos tampones se puede observar en las
células musculares, las cuales cuando no les llega suficiente oxígeno, deben
oxidar la glucosa vía anaerobia, produciendo ácido láctico que se disocia en el
ión lactato y H +, esto altera el pH, acidificándolo, entonces el bicarbonato
14 sódico se disocia NaHCO3 <-----------------------> HCO3- + Na+ , neutralizando
el H+ del medio y formando ácido carbónico ( H2 CO3 ) y lactato sódico, ambos
neutros, evitando de esta manera la variación de pH.
D) ACCIONES ESPECÍFICAS DE CATIONES
Por ejemplo el Mg
++
actúa como cofactor enzimático, el Na
responsables del potencial eléctrico , el Fe
2+
+
y el K
+
son
forma parte de la hemoglobina,
el Ca 2+ es necesario para la contracción del músculo.
Algunos presentan características antagónicas, es decir, mientras ciertos
cationes estimulan el funcionamiento de un órgano, otros lo inhiben, por eso
variaciones mínimas en el balance iónico pueden tener graves consecuencias,
ya que se alteran procesos biológicos.
Se puede concluir que cualquier líquido que se ponga en contacto con las
células debe ser isotónico, debe tener un pH próximo a la neutralidad y una
composición catiónica equilibrada.
GASES
Determinadas moléculas gaseosas son imprescindibles para el funcionamiento
de los seres vivos. El oxígeno es necesario para la mayoría de los seres vivos,
el dióxido de carbono es la fuente de carbono para los organismos
fotosintéticos. Estos gases cuando están en disolución acuosa difunden entre
las estructuras intracelulares.
El óxido nitroso y el monóxido de carbono pueden actuar como señales para
activar diferentes procesos biológicos, si bien es cierto que en cantidades
excesivas son tóxicos.
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