El Agua y las Sales Minerales: Propiedades Esenciales y Funciones Vitales en Biología

Propiedades Físico-Químicas del Agua

El agua es una molécula fundamental para la vida, presente en estado líquido en un rango de temperatura que va desde los 0 °C hasta los 100 °C. Sus propiedades únicas son cruciales para los procesos biológicos.

• Elevada Constante Dieléctrica

  Actúa como un excelente disolvente para compuestos iónicos y moléculas polares, facilitando el metabolismo y el transporte de sustancias en el interior del organismo. Esta propiedad explica la insolubilidad de los lípidos en agua.

• Elevado Calor Específico

  El agua funciona como un eficaz amortiguador térmico. Se define como la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un gramo de sustancia en 1 °C (expresado en J/kcal). Esta propiedad se debe a la necesidad de romper puentes de hidrógeno para aumentar su energía cinética.

• Líquido Incompresible

  Su incompresibilidad le permite actuar como esqueleto hidrostático, proporcionando soporte y forma a muchas estructuras biológicas.

• Capilaridad

  Gracias a las fuerzas de cohesión (entre moléculas de agua) y adhesión (entre agua y otras superficies), el agua puede ascender por conductos estrechos, como en el ascenso de la savia bruta en las plantas.

• Elevada Tensión Superficial

  Esta propiedad influye en la forma de las células y en ciertos movimientos citoplasmáticos, así como en fenómenos como la formación de gotas.

• Elevado Calor de Vaporización

  El agua actúa como un excelente refrigerante. Se refiere a la cantidad de energía necesaria para que un gramo de agua pase del estado líquido al gaseoso, lo que implica la ruptura de numerosos puentes de hidrógeno.

• Anomalía de la Densidad

  A diferencia de la mayoría de las sustancias, el agua alcanza su máxima densidad a 4 °C. El hielo flota (es menos denso que el agua líquida), lo que permite la vida en los mares polares al aislar el agua subyacente.

• Bajo Grado de Ionización y pH

  De cada 10⁷ moléculas de H₂O, solo una se encuentra ionizada (H⁺ y OH⁻). Este bajo grado de ionización permite importantes reacciones químicas como la hidrólisis, la condensación y la fotólisis.

  El pH es una medida de la concentración de iones H⁺ en una disolución, y se calcula como pH = -log[H⁺]. El pH neutro del agua pura es 7.

Función Tamponadora (Amortiguadora)

La función tamponadora es vital para mantener el equilibrio del pH en los organismos. Si el pH baja o sube drásticamente, las proteínas pueden perder su estructura tridimensional y, por ende, su función (como se observa al añadir limón a la leche, que provoca la desnaturalización de las proteínas).

Para que las proteínas y enzimas funcionen correctamente, necesitan un pH óptimo (a menudo cercano a 7). Los sistemas tamponadores, compuestos por ácidos y bases débiles (como el sistema bicarbonato/ácido carbónico o fosfato/bifosfato), son los encargados de regular estas variaciones.

• Si el pH disminuye, aumentan los protones (H⁺), y el tampón los capta.
• Si el pH aumenta, disminuyen los protones (H⁺) y aumentan los iones hidroxilo (OH⁻), y el tampón libera protones.

Fenómenos de Transporte a Través de Membranas

• Difusión

  Es el reparto homogéneo de dos sustancias. Implica el movimiento de moléculas de una zona de mayor concentración a una de menor concentración hasta alcanzar el equilibrio.

• Diálisis

  Proceso de separación de partículas a través de una membrana semipermeable. Permite el paso de agua y moléculas pequeñas según su masa molecular, reteniendo las de mayor tamaño.

• Ósmosis

  Es el paso del H₂O a través de una membrana semipermeable desde una solución con menor concentración de solutos hacia una con mayor concentración, buscando igualar las concentraciones.

Sales Minerales

Las sales minerales son componentes inorgánicos esenciales con diversas funciones biológicas.

Sales Minerales Insolubles

Forman estructuras sólidas y tienen una función principalmente de sostén y protectora.

• Esqueleto interno (ej. huesos y dientes).
• Caparazones (ej. conchas de moluscos).
• Endurecimiento de las células vegetales (ej. paredes celulares).
• Otolitos del oído interno (equilibrio).

Sales Minerales Solubles

Se encuentran disociadas en sus iones en los fluidos corporales y participan activamente en procesos metabólicos.

Funciones:

• Catalítica: Iones como Cu⁺, Mn²⁺, Zn²⁺ actúan como cofactores enzimáticos.
• Osmótica: Iones como Na⁺, K⁺, Cl⁻, Ca²⁺ regulan la presión osmótica y el balance hídrico.
• Tamponadora: Sistemas como el carbonato/bicarbonato y el fosfato/bifosfato mantienen el pH constante en los fluidos biológicos.