Agua y glúcidos: estructura, propiedades y funciones biológicas

El agua

Agua: Más abundante en los seres vivos, constituye entre el 60 y el 90 % de la masa de los organismos. Se encuentra en el medio interno y externo de las células y participa en numerosas funciones biológicas.

Características estructurales

La molécula de agua (H₂O) es polar, debido a la disposición angular de sus átomos de hidrógeno y oxígeno, lo que le permite formar puentes de hidrógeno con otras moléculas polares.

Propiedades

• Elevada cohesión molecular: prácticamente es incompresible en volumen, ya que las fuerzas de cohesión son muy fuertes.
• Tensión superficial y adhesión: permite que el agua se adhiera a las paredes de los conductos y ascienda contra la gravedad (capilaridad).
• Calor latente: para cambiar de estado físico (sólido a líquido, o líquido a vapor) se requiere gran cantidad de energía.
• Calor específico: puede absorber mucho calor sin elevar mucho su temperatura, lo que la convierte en un excelente regulador térmico.
• Calor de vaporización: elimina gran cantidad de calor al evaporarse, lo que permite refrigerar el organismo.
• Densidad: es más densa en estado líquido que en sólido, por ello el hielo flota.
• Constante dieléctrica: tiende a separar los iones de signo opuesto, disminuyendo sus atracciones.
• Ionización: una pequeña cantidad de moléculas se ioniza (se disocia en iones H⁺ y OH^-). A 25 °C, el producto iónico del agua pura es 10^-14; en disolución ácida predominan los iones H₃O⁺ y en disolución básica los iones OH^-.

Funciones biológicas

• Disolvente: es el medio en el que se producen la mayoría de las reacciones metabólicas, incluida la hidrólisis.
• Estructural: mantiene la turgencia celular en las plantas, da forma a las células, forma parte del citoplasma y permite el esqueleto hidrostático en invertebrados.
• Función mecánica amortiguadora: en vertebrados, protege órganos como el encéfalo y la médula espinal.
• Transporte: permite el transporte de sustancias, y es el medio por el que circula la savia en las plantas vasculares.
• Termorregulación: su elevado calor específico permite mantener la temperatura corporal y la vida acuática en climas fríos.

Minerales disueltos

Los minerales solubles se disocian en iones:

• Aniones: cloruros, fosfatos, monohidrogenofosfatos, carbonatos, bicarbonatos y nitratos.
• Cationes: Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺ y Fe³⁺.

Funciones: mantienen la homeostasis, regulan la actividad enzimática, la presión osmótica y los potenciales eléctricos, y controlan el pH.

Sales minerales precipitadas

Son insolubles en agua y se presentan en estado sólido. Funciones: forman estructuras de protección y sostén, como el carbonato cálcico, los silicatos (caparazones) y los fosfatos (tejido óseo en vertebrados).

Coloides

Son dispersiones en las que el medio dispersante es el agua y la fase dispersa son sales minerales y compuestos orgánicos. Pueden presentarse en forma de gel o sol.

• Efecto Tyndall: dispersión de la luz en coloides transparentes.
• Movimiento browniano: movimiento desordenado de las partículas coloidales.
• Sedimentación: las partículas más grandes se depositan por la acción de la gravedad.
• Viscosidad: aumenta al incrementarse la concentración de moléculas grandes.
• Adsorción: atracción de partículas sobre la superficie de un sólido, líquido o gas.
• Diálisis: proceso de separación de moléculas según su tamaño.

Ósmosis

Es la difusión del disolvente a través de una membrana semipermeable que separa disoluciones de distinta concentración.

• Hipertónica: el medio externo tiene mayor concentración de solutos que el interno; el agua sale de la célula y disminuye su volumen.
• Hipotónica: el medio externo tiene menor concentración de solutos; el agua entra en la célula y aumenta su volumen y presión osmótica.
• Isotónica: ambas disoluciones tienen la misma concentración, por lo que no hay intercambio neto de agua.

Glúcidos

Los glúcidos contienen carbono, hidrógeno y oxígeno, y excepcionalmente nitrógeno. Por su composición también se les llama hidratos de carbono o carbohidratos, con fórmula general C_n(H₂O)_n.

Funciones

• Energética: son nutrientes y reserva energética, además de intermediarios metabólicos.
• Estructural: forman parte de la pared celular de vegetales y bacterias, de los nucleótidos y del esqueleto externo de artrópodos y de los tejidos conectivos.
• Otras: defensiva, hormonal e industrial.

Monosacáridos

Son glúcidos sencillos, sólidos, cristalinos y solubles en agua, de sabor dulce. Según su grupo funcional se clasifican en aldosas y cetosas, y según su número de carbonos en triosas, tetrosas, pentosas y hexosas.

• Isomería: presentan enantiómeros (D y L), epímeros y anómeros (formas alfa y beta).
• Forma cíclica: las pentosas forman anillos de tipo furanosa y las hexosas de tipo piranosa.

Derivados de monosacáridos

Incluyen los fosfatos de azúcares, los desoxiazúcares, los polialcoholes, los azúcares ácidos y los aminoazúcares.

Disacáridos

Se forman por enlace O-glicosídico entre dos monosacáridos. Ejemplos biológicos: maltosa (de la digestión del almidón), lactosa (presente en la leche de mamíferos) y sacarosa (azúcar común). La celobiosa no existe libre en la naturaleza. Como los monosacáridos, son solubles y tienen carácter reductor, excepto la sacarosa.

Polisacáridos

Homopolisacáridos: celulosa, quitina, almidón y glucógeno. Son insolubles en agua y forman dispersiones coloidales.

Heteropolisacáridos: hemicelulosas, pectinas, agar-agar, gomas, mucílagos, peptidoglucanos y glucosaminoglucanos.

Glúcidos combinados

• Glucolípidos (glúcido + lípido): gangliósidos y cerebrósidos.
• Glucoproteínas (glúcido + proteína): protrombina, inmunoglobulinas y algunas hormonas.

Principios activos

Destacan los cardiotónicos, la glicirricina, los taninos, los cianogenéticos y los antracénicos.