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Composición química de los seres vivos (I) 13 Propiedades del agua Muchas de las propiedades del agua derivan de su estructura: • Su estado líquido, de 0 °C a 100 °C es una anomalía, si se compara el agua con otros hidruros semejantes como el NH 3 y el SH 2 , y se debe al establecimiento de los puentes de hidrógeno. • Elevado calor específico o capacidad calorífica. Esto hace que aumentos o descensos importantes de temperatura solo produzcan pequeñas variaciones de temperatura en el agua. De este modo el agua es un buen amortiguador frente a los cambios bruscos de temperatura, lo que es de vital importancia para los seres vivos. • Elevado calor de vaporización, mucho más alto que en otros líquidos. Esto permite a los organismos disminuir su temperatura mediante la evaporación superficial de agua en los pulmones o la piel. • Constante dieléctrica elevada. La constante dieléctrica del agua a 20 °C es 80, excepcionalmente alta comparada con otros disolventes. Esto se debe a su polaridad y capacidad para formar puentes de hidrógeno. De este modo el agua disuelve compuestos iónicos y moléculas polares, y dispersa moléculas anfipáticas. • Elevada fuerza de cohesión, lo que explica que el agua líquida se comprima poco y presente una alta tensión superficial. Esta, a su vez, facilita el fenómeno de la capilaridad, fundamental en el transporte de los líquidos circulatorios. • Menor densidad de su estado sólido. La máxima densidad del agua se da a 4 °C, pero el hielo es menos denso que el agua líquida a cero grados, por lo que el hielo flota en el agua líquida y esta se congela desde la superficie hacia el fondo. Por tanto, el hielo es un aislante excelente y permite el mantenimiento de la vida durante el invierno en los ecosistemas acuáticos. • Se puede disociar en iones H + e iones OH – que participan en muchas reacciones químicas. Funciones del agua • Disolvente casi universal. Función realmente importante, ya que todas las reacciones químicas de las células tienen lugar en un medio acuoso. • Transporte. El agua transporta sustancias desde el exterior al interior del organismo y viceversa, así como en el propio organismo. • Estructural. El volumen y forma de las células que carecen de capas rígidas se mantienen gracias al contenido de agua. • Amortiguadora frente a grandes cambios de temperatura gracias a su calor específico. Interviene así en la regulación de la temperatura corporal. • Lubricante. Su reducida viscosidad amortigua el roce en articulaciones y entre órganos. • Vehículo de excreción. Los productos tóxicos son eliminados en medio acuoso, lo que rebaja su toxicidad. • Función de hidrólisis. Participa, a través de sus iones, en las reacciones de hidrólisis catalizadas por hidrolasas. AA Moléculas anfipáticas: son moléculas que contienen una parte hidrofílica y otra hidrofóbica. La constante dieléctrica es una medida de la capacidad de las moléculas de un disolvente para mantener separados iones de carga opuesta que se atraen entre ellos. La constante dieléctrica elevada se debe a que el agua se opone a las atracciones electrostáticas entre iones (+) y (–), favoreciendo la disolución de redes cristalinas en agua mediante una solvatación iónica (rodear con dipolos de agua a los iones). El contenido acuoso del cuerpo humano se mantiene constante por el equilibrio entre ingresos y pérdidas. Los ingresos diarios en un hombre con dieta mixta, actividad física moderada y que habite en clima templado son de 2,6 litros. De ellos: 1,3 l de la bebida; 1 l de alimentos y 0,3 l de agua metabólica. Las pérdidas son otros 2,6 l, de los cuales: 1,4 l de la orina; 1 l de la evaporación por piel y pulmón y 0,2 l de pérdida fecal. Y
14 Unidad 1 Y d Ósmosis. Si dos soluciones acuosas están separadas por una membrana que únicamente permite el paso de las moléculas de agua, esta pasará hacia la solución que contiene la mayor concentración de moléculas solubles, mediante un proceso denominado ósmosis. El movimiento del agua desde una solución hipotónica hacia una solución hipertónica puede generar un incremento de la presión hidrostática en el compartimento hipertónico. Sales minerales Cuando se quema la materia orgánica, después de eliminar el agua, se obtiene un residuo formado por las sales minerales. La proporción de este contenido mineral varía mucho de unos organismos a otros y, dentro del mismo individuo, varía también con la edad y entre los distintos órganos. Las sales minerales aparecen en los seres vivos en diferentes formas: • Sólidas, cristalizadas, por tanto, no ionizadas. Así constituyen esqueletos como conchas, huesos, etc. • En estado iónico, disueltas en el medio celular o en líquidos extracelulares y circulantes. Entre ellas destacan: – Aniones: cloruro (Cl – – 2– ), bicarbonato (HCO ), sulfato (SO4 ), nitrato 3 – 3 – (NO ), fosfato (PO4 ). 3 – Cationes: Na + , K + , Ca2+ , Mg2+ . Algunos cationes intervienen en procesos fisiológicos concretos, una alteración en su concentración puede provocar un mal funcionamiento celular. • Formando parte de moléculas orgánicas: por ejemplo, el ion fosfato en fosfoproteidos, fosfolípidos y ácidos nucleicos. Funciones de las sales minerales • Formar estructuras esqueléticas, tanto exoesqueletos como endoesqueletos. Por ejemplo: – CaCO en las conchas de moluscos, crustáceos y en foraminíferos (protozoos), 3 –Ca(PO ) y CaCO en el esqueleto de los vertebrados. 3 4 2 3 – SiO en diatomeas, radiolarios y gramíneas. 2 • Regulación de fenómenos osmóticos. Las sales minerales en disolución son las principales causantes de uno de los fenómenos fisicoquímicos de mayor importancia biológica: la aparición de presiones osmóticas. Entendemos por ósmosis el paso de un disolvente a través de una membrana semipermeable que separa dos disoluciones de distinta concentración, lo que tiende a igualar ambas disoluciones. Las membranas celulares pueden considerarse semipermeables. Si comparamos dos disoluciones, estas pueden ser entre sí isotónicas, si poseen la misma concentración, o anisotónicas, si las concentraciones son diferentes: una es hipotónica (menos concentrada) y otra hipertónica. El agua pasará de los medios hipotónicos a los hipertónicos, ejerciendo una presión sobre la membrana llamada presión osmótica.
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