El agua: propiedades, funciones biológicas y su papel en los seres vivos

1. Características del agua

• Está formada por 2 átomos de hidrógeno (H⁺) y 1 átomo de oxígeno (O⁻), y es eléctricamente neutra.
• El átomo de oxígeno tiene una mayor electronegatividad que el hidrógeno, por lo que los electrones se desplazan hacia el O. Esta distribución desigual de cargas genera un momento dipolar: la molécula se comporta como un dipolo y adquiere carácter polar.
• Debido a su carácter polar se establecen puentes de hidrógeno.
• A temperatura ambiente, el agua se encuentra en estado líquido.

2. Propiedades del agua

• Anfotera: puede actuar como ácido o como base.
• Elevada cohesión molecular: gracias a los enlaces de hidrógeno, tiene un amplio margen de temperatura en estado líquido.
• Elevada cohesión superficial: existen fuerzas de atracción hacia el interior del líquido.
• Elevada fuerza de adhesión: asciende por conductos pequeños (capilaridad).
• Elevado calor latente: debe ceder o absorber calor para cambiar de estado físico.
• Elevado calor específico: absorbe calor sin elevar su temperatura.
• Elevado calor de vaporización: para pasar de líquido a gas.
• Densidad: el agua líquida es más densa que el hielo sólido.
• Elevada constante dieléctrica: debido a su carácter polar, facilita la disociación de sustancias en forma de cationes y aniones (solvatación iónica).
• Bajo grado de ionización: las disoluciones acuosas pueden ser neutras, ácidas o básicas.

3. Importancia biológica del agua

• Principal disolvente biológico: disuelve otras moléculas mediante enlaces de hidrógeno y solvatación iónica.
• Metabólica: es el medio en el que se realizan las reacciones bioquímicas.
• Estructural: confiere turgencia a las células vegetales, ya que la membrana plasmática es semipermeable.
• Mecánica amortiguadora: el líquido sinovial protege articulaciones.
• De transporte: por su elevada capacidad disolvente.
• Termorreguladora: por su elevado calor específico.
• Permite la vida acuática en climas fríos: por su densidad en estado líquido, al formarse hielo en la superficie, debajo se mantiene la temperatura.

4. Sales minerales

Son moléculas inorgánicas presentes en todos los seres vivos, disueltas en estado sólido. Son solubles en agua y se encuentran en los medios internos intracelulares y extracelulares.

• Iones negativos (aniones): fosfatos, fosfatos monoácidos y nitratos.
• Iones positivos (cationes): Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺ y K⁺.

Funciones de las sales minerales

• Mantenimiento de la homeostasis.
• Mantener la salinidad en los organismos.
• Regular la actividad enzimática.
• Regular la presión osmótica y el volumen celular: su presencia verifica la entrada y salida de agua a través de la membrana. En medios con alta salinidad (hipertónicos) y con baja salinidad (hipotónicos): si el medio interno es hipertónico respecto al externo, entra agua y aumenta el volumen celular.
• Generar potenciales eléctricos: a ambos lados de la membrana hay distinta carga eléctrica.
• Regular el pH: mediante tampones o disoluciones amortiguadoras.

Disoluciones amortiguadoras de pH

Los tampones o buffers son disoluciones que mantienen constante el pH cuando se añade un ácido o una base. Contienen 2 especies iónicas en equilibrio formadas por ácidos o bases débiles y conjugados. Son imprescindibles para mantener la vida y realizar funciones. En el sistema tampón bicarbonato, las especies son el ion bicarbonato y el ácido carbónico.

5. Sales minerales precipitadas

Están en estado sólido en los seres vivos y asociadas a macromoléculas:

• Carbonato cálcico: caparazones, huesos y dientes, espinas de erizos de mar, conchas.
• Silicatos: espículas de esponjas, caparazones de diatomeas.
• Fosfato cálcico: matriz mineral que compone los tejidos óseos de los animales vertebrados.

6. Carácter coloidal de la materia viva

Cuando las moléculas dispersas en un disolvente son superiores a un determinado tamaño, se forman mezclas heterogéneas llamadas coloides, que pueden encontrarse en:

• Estado de sol: líquido, con soluto en menor cantidad que el disolvente.
• Estado de gel: semisólido y gelatinoso, moléculas de disolvente atrapadas en las del soluto (ejemplos: gelatina y colágeno).

Propiedades de los coloides

• Efecto Tyndall: los coloides son transparentes y claros, al no presentar turbidez.
• Elevada viscosidad: son muy viscosos debido a sus moléculas de gran tamaño.

7. Ósmosis

La ósmosis es el fenómeno en el que se produce el paso de un disolvente a través de una membrana semipermeable (solo deja pasar el disolvente, no el soluto) desde la disolución más diluida hacia la más concentrada, con el fin de igualar las concentraciones. El agua puede atravesar la membrana semipermeable para entrar o salir de la célula:

• Hipertónico: mucho soluto.
• Hipotónico: poco soluto.

Las moléculas pasan de medios hipotónicos a hipertónicos, lo que provoca un aumento de presión sobre el compartimento hipotónico (presión osmótica). Como consecuencia, las concentraciones se igualan (isotónicas).

Efectos en las membranas celulares

• Medio externo hipertónico y medio interno hipotónico: sale agua, baja el volumen celular, sube la presión osmótica en el interior. En las células vegetales se produce la rotura de la célula o plasmólisis, y en las animales se deshidratan.
• Medio externo hipotónico y medio interno hipertónico: entra agua, sube el volumen celular, baja la presión osmótica en el interior. En las células animales se produce la hemólisis y en las vegetales, turgencia.
• Medio externo = medio interno: no se produce intercambio de agua.

8. Osmorregulación

Son los mecanismos que regulan la presión osmótica del medio interno de los seres vivos.

Seres vivos unicelulares

Tienen una pared celular que evita que estallen en un medio externo hipotónico. Los que viven en agua dulce ingresan agua, pero no estallan gracias a las vacuolas pulsátiles, que expulsan el agua al exterior.

Vegetales

Absorben agua por las raíces. Si el medio externo es hipertónico, expulsan agua.

Animales pluricelulares

• Peces de agua dulce: absorben agua.
• Peces marinos: eliminan orina alta en sales.
• Reptiles y aves: eliminan poca cantidad de agua para evitar la deshidratación.
• Mamíferos: riñones, intestino grueso y piel.