Bioquimica

TEMA 2

EL AGUA EN LOS PROCESOS BIOLÓGICOS

Estudiaremos el porque es la molécula más abundante y porque la inmensa mayoría de las reacciones bioquímicas tienen lugar en un medio acuoso y obedecen a las leyes físico-químicas de las disoluciones acuosas.

- En primer lugar, el es líquida en un amplio rango de temperaturas (0-100ºC). Esto permite que la vida pueda desarrollarse en condiciones climáticas muy dispares.

- Presenta una densidad máxima a 4ºC. En consecuencia, el hielo flota sobre el líquida, actuando como aislante térmico, lo que permite que la gran masa de los océanos se mantenga líquida y por tanto, la vida de numerosos seres acuáticos.

- Elevada constante dieléctrica, que permite la disolución de la mayoría de las sales minerales, ya que debilita las fuerzas electrostáticas entre los iones.

- Es un dipolo, por lo tanto, sus moléculas tienden a rodear a los iones aislándolos unos de otros, facilitando la disolución de las sales. se dice que estos iones quedan solbatados. El también solbata otras moléculas polares no iónicas como el etanol.

- Elevado calor específico, gracias a lo que los animales pueden ganar o perder bastante calor con escasa modificación de la temperatura corporal. Esto explica el papel termorregulador corporal de la sangre.

- Elevado calor de vaporización. Esto quiere decir que un animal puede eliminar el exceso de calor vaporizando cantidades de relativamente pequeñas a través de pulmones y piel, pudiendo mantener así la temperatura corporal por debajo de la ambiente.

- Elevada tensión superficial. Sus moléculas se ordenan de modo que la superficie libre sea mínima. Las sustancias denominadas tensoactivas, como los detergentes, son capaces de disminuir la tensión superficial del agua, lo que facilita la mezcla o inclusión de las grasas en un medio acuoso. Así es como actúan las sales del intestino delgado, que facilitan la disolución de las grasas en este.

- Una disociación en y crítica para muchos procesos biológicos. Las células vivas tienen mecanismos bastante eficaces para controlar estas concentraciones.

Muchas de estas propiedades se deben a que sus moléculas se hayan enlazadas por fuerzas intermoleculares que son especialmente, puentes de H y fuerzas de Van der Waals.

Disoluciones acuosas

Una disolución es una mezcla homogénea de moléculas diferentes (solutos) en un disolvente. En bioquímica la gran mayoría de las disoluciones son acuosas. Al disolverse en agua, estos solutos modifican las propiedades del disolvente como el color, densidad...

Algunas de estas propiedades no dependen de la naturaleza del soluto, sino solo del número de partículas disueltas y las denominamos propiedades coligativas de las disoluciones, que son:

- descenso de la P de vapor

- descenso crioscópico, o de la temperatura de congelación

- incremento de la temperatura de ebullición

- P osmótica

Desde el punto de vista fisiológico destaca la presión osmótica, porque las membranas celulares actúan como membranas semipermeables.

Ejemplo: los eritrocitos, que forman parte de la sangre. Si colocamos uno en agua destilada, este estallará (se lisará) ya que en su interior hay una concentración de soluto, y el agua entrará en su interior hasta equilibrar las concentraciones interna y externa. Se calcula que la presión a soportar por las paredes del eritrocito sería de 7,6 atmósferas.

Cuando forman parte de la sangre no se lisan porque este medio es isotónico respecto del interior del glóbulo rojo.

Para mantener constante la concentración de solutos en el medio interno del organismo, hay diversos mecanismos. Destacan la sed y la filtración renal, reguladas por osmoreceptores conectados con el sistema nervioso central.

Las disoluciones acuosas las diferenciamos en dos tipos: moleculares e iónicas.

En las primeras, las moléculas disueltas mantienen su integridad como en el caso de azúcares, proteínas... En las iónicas, las moléculas disueltas se disocian en el disolvente en dos o más iones.

Que un disolución sea una o otra repercute directamente en sus propiedades coligativas, ya que dependen del número de partículas disueltas, y por tanto, como en una disolución iónica, el número de iones es mayor que el de moléculas disueltas, el efecto sobre las propiedades coligativas será mayor, mientras que en el caso de las disoluciones moleculares será mucho menor a causa de que las partículas son tantas como las moléculas disueltas.

Un tercer tipo de disoluciones son las coloidales, que se caracterizan porque las partículas del soluto superan un determinado tamaño, (normalmente un diámetro mayor a 10Ẳ o una masa superior a 10 kilodalton). Las disoluciones coloidales difieren de las disoluciones verdaderas en algunas propiedades. Por ejemplo, se pueden precipitar por centrifugación a alta velocidad. La superficie de contacto de las moléculas con el agua o interfase adquiere una especial relevancia en este caso, y numerosas técnicas analíticas se basan en las propiedades de estas interfases.

Biomoléculas que dan lugar a coloides son los polisacáridos, proteínas y ácidos nucleicos. Estas macromoléculas presentan ,en su interfase con el agua, grupos polares como el OH o iónicos como el carboxilo o el amino, que ordenan a su alrededor una gran cantidad de moléculas de agua. Como estas macromoléculas son de gran tamaño, incluso las disoluciones concentradas contienen un número pequeño de moléculas, por lo tanto las propiedades coligativas de las disoluciones coloidales son poco observables. Sin embargo, la P osmótica sí es importante, y presenta algunas peculiaridades en los siguientes casos:

- cuando el coloide es iónico

- cuando el compartimento que contiene el coloide está limitado por una membrana semipermeable

- cuando al otro lado de la membrana semipermeable existe un soluto iónico difusible

En estos casos el coloide sí origina una presión osmótica que se debe, por una parte, a la presencia de las macromoléculas coloidales, pero también a la existencia en este compartimento de un exceso de partículas iónicas difusibles que son atraídas

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