El agua y los seres vivos.

Características Fisicoquímicas del H2O 

Introducción: La vida se originó en el agua de hecho, los organismos cargan consigo su propio océano, pues la composición de sus fluidos  intra y extracelulares son muy similares al agua de los mares. Las propiedades físicas y químicas del agua son  muy exóticas y tienen profundos significados para la Biología, sus propiedades son muy importantes para el funcionamiento celular,  están directamente relacionadas con las propiedades de las biomoléculas y, por tanto, con el metabolismo. Las estructuras de las macromoléculas que conforman a los seres vivos resultan de las interacciones con el medio acuoso que las contiene. La combinación de las propiedades del solvente responsables de las asociaciones intra e intermoleculares de estas substancias es peculiar del agua; ninguna otra substancia se asemeja al agua a este respecto. El agua es la sustancia más abundante en los sistemas biológicos,  más del 70% de los seres vivos está formado por agua. El agua es un compuesto vital, que carece de vida. El estudio de las propiedades del agua es central para la Bioquímica:

*Casi todas las biomoléculas asumen sus formas, y por tanto sus funciones en respuesta a las propiedades físicas y químicas del agua.

*El agua es el medio de la mayoría de las reacciones bioquímicas. Los productos y reactivos de las reacciones metabólicas, los nutrientes y los productos de desecho, dependen del agua para su transporte en el interior y exterior celular.

*El agua por si misma participa en muchas reacciones químicas que participan en la vida. Frecuentemente los componentes iónicos del agua, los iones H+ y OH-, son reactivos. De hecho la reactividad de muchos grupos funcionales de las biomoléculas, dependen de la concentración de estos iones en los alrededores.

*La oxidación del agua para producir oxígeno molecular, O2, es la reacción fundamental de la fotosíntesis, en donde la energía del sol es almacenada químicamente para soportar la vida.

*El agua es uno de los solventes más polares que existen se debe a la presencia de un átomo muy electronegativo, el Oxígeno, y dos muy poco electronegativos, los Hidrógenos en la molécula (moléculas o partículas cargadas eléctricamente son fácilmente disociadas en presencia de agua) La ionización sucede por que las fuerzas coulómbicas entre las cargas opuestas son débiles y, por tanto, se rompen fácilmente. Estas fuerzas son proporcionales a q+ q-/er2, en donde e es la constante dieléctrica, q+ y q- son la carga catiónica y aniónica respectivamente. Esta observación es muy importante para los sistemas biológicos pues la diferencia en los gradientes iónicos es la base energética y funcional de muchos procesos. H2O = 78.5e (a 298K)

* El agua posee una capacidad calorífica muy elevada, es necesaria una gran cantidad de calor para elevar su temperatura 1.0 K. Para los sistemas biológicos esto es muy importante pues la temperatura celular se modifica muy poco como respuesta al metabolismo.

*El agua tiene un elevado calor de vaporización H2O= 40.7 KJ mol-1  (a 273 K)  gracias a ella es que se lleva a cabo eficientemente la respiración y sudoración.

*El agua líquida es más densa que el hielo a presión y temperatura estándar. Existe un cambio positivo en el volumen después del congelamiento, lo que ocasiona que el hielo flote. Si el hielo no flotara, la vida acuática en cuerpos de agua como lagos y en los polos terrestres, no existiría pues estos cuerpos de agua se congelarían desde el fondo hacia la superficie, de hecho, lo contrario, la capa de hielo que se forma sobre estos cuerpos de agua, resulta en un aislante térmico

*El agua tiene una tensión superficial elevada, esto hace que en los procesos biológicos, se utilicen moléculas tipo detergente (anfifílicas) para modificarla. Los surfactantes pulmonares por ejemplo, decrecen el trabajo necesario para abrir los espacios alveolares que permiten el intercambio gaseoso eficiente, la ausencia de estas substancias, ocasiona enfermedades severas y la muerte.

 *Debido a su constante de ionización, el agua posee una conductividad elevada. La conductividad de hielo es elevada, pero 103 veces menor que en el estado líquido.  Debido a esta característica el agua participa activamente en la conducción de señales eléctricas en el sistema nervioso. Muchas de las características que hacen al agua un líquido tan particular, se deben a su capacidad de hacer puentes de Hidrógeno.

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