ESTRUCTURA E IMPORTANCIA DEL AGUA EN EL METABOLISMO CELULAR

El agua interviene en casi todas las reacciones químicas de la célula. La Bioquímica estudia las propiedades y de las reacciones de los compuestos orgánicos presentes en el organismo. Sin embargo, no debe olvidarse que en las células vivas la mayor parte de los compuestos bioquímicos existen y la mayor parte de las reacciones se desarrollan en un medio acuoso. 

El agua es tan familiar para los seres vivos que generalmente la consideramos como un fluido muy simple, pero las propiedades físicas y químicas del agua son trascendentes y tienen profundos significados para la Biología, sus propiedades son muy importantes para el funcionamiento celular, de hecho 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 son el resultado de las interacciones con el medio acuoso que las contiene. La combinación de las propiedades del disolvente responsables de las asociaciones intra e intermoleculares de estas sustancias es característico del agua; ya que ninguna otra sustancia se asemeja al agua a este respecto. Por lo anteriormente expuesto, no debe sorprendernos que el agua sea la sustancia más abundante en los sistemas biológicos, de hecho más del 70% de los seres vivos está formado por agua.

  

Propiedades fisicoquímicas del agua y su relación con algunos procesos fisiológicos.

El agua es el único compuesto que debido a sus propiedades físicas puede ser clasificado aparte de cualquier otro líquido. Todas estas características están involucradas directamente con la formación de puentes de hidrógeno, que como ya se comentó anteriormente, son interacciones moleculares muy débiles pero en conjunto permiten formar estructuras moleculares muy complejas.

Calor específico: Se define como la cantidad de energía calorífica necesaria para elevar la temperatura de 1 gramo de sustancia en 1ºC. Para el agua el valor es de 1cal/g, valor alto en comparación con otros líquidos. Esto se puede entender como que el agua, absorbe más energía calorífica que la mayoría de las sustancias. La humedad de los bosques es definitiva para mantener con menores cambios de temperatura a dicho ecosistema, en comparación con lo que se observa en los desiertos. En los mamíferos ayuda a mantener la temperatura homogénea del cuerpo, mediante el bombeo constante de sangre del corazón hasta los tejidos periféricos, ya que el componente más abundante de la sangre es el agua.

Calor de vaporización: Es la energía gastada en la evaporación de 1 mol de un líquido en su punto de evaporación, representa la cantidad de energía cinética que requieren las moléculas en el estado líquido para vencer su mutua atracción y alejarse unas de otras, tal como ocurre en estado gaseoso. El calor de vaporización del agua es alto, por lo tanto, se minimizan las pérdidas de agua que pudieran ocurrir en los seres vivos debido a la evaporación, de manera que lo protege contra la deshidratación. Por otro lado, si la evaporación ocurre, provee de un eficiente sistema de enfriamiento, ya que la energía indispensable para la evaporación ‘la toma’ el agua de la superficie del ser vivo con lo que se aprecia una sensación de frescura.

Tensión superficial: Es una fuerza de atracción que se manifiesta en la superficie de un líquido, debido a la atracción que sufren las moléculas de la superficie hacia el seno del líquido. En un capilar, la capacidad de mojarlo y su fuerza adhesiva hacen que el agua suba por el capilar y, debido a la tensión superficial y viscosidad.

Constante dieléctrica: Propiedad de los disolventes de separar iones de cargas opuestas. El agua tiene uno de los valores de constante dieléctrica más elevado. El principal efecto como consecuencia de lo anterior, es que moléculas o partículas cargadas eléctricamente son fácilmente disociadas en presencia del agua. 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.

Densidad: 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 se congelaría todo el cuerpo hasta la superficie, de hecho, la capa de hielo se convierte en un aislante térmico. El agua tiene los más altos puntos de ebullición y de fusión, así como la mayor viscosidad de todos los hidruros de elementos no metálicos. Como se menciono anteriormente cada molécula de agua puede formar puentes de hidrógeno con 4 moléculas de agua vecinas que se alcanzan en los cristales de hielo. Las moléculas de agua continuamente cambian su orientación geométrica y forman nuevos puentes de hidrógeno con otras moléculas vecinas. Esto sucede cada 10 -12 s.

 Agua como disolvente

El agua tiene una capacidad excepcional de disolver biomoléculas presentes en los organismos vivos,

puede disolver sustancias iónicas, polares y también las que no tiene carga, por lo que se le conoce como el disolvente universal. Muchas biomoléculas sin carga se disuelven fácilmente en agua porque tienen grupos funcionales polares que forman interacciones dipolo-dipolo favorables. Debido a que los compuestos iónicos y polares tienen mayor preferencia por las moléculas de agua, se denominan hidrofílicas. No todos los compuestos que tienen grupos funcionales polares son solubles en agua, así aquellos que tienen un componente hidrocarbonato relativamente grande (más de 4 carbonos) son insolubles salvo que tengan un grupo iónico o varios polares. Las moléculas con grupos capaces de formar enlaces de hidrógeno tienden a unirse con el agua con este tipo de enlace, disolviendo fácilmente compuestos hidroxilo, aminas, compuestos sulfhidrilo, ésteres, cetonas, etc. Los compuestos no polares son insolubles en agua ya que carecen de iones o grupos funcionales polares, a estos compuestos se les denomino hidrófobos. Existen otros compuestos de importancia bioquímica, son iónicos y no polares, estos compuestos son denominadas anfipáticos o anfifílicos. Las sales metálicas de los ácidos carboxílicos de cadena larga son ejemplos de este tipo de compuestos.