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viernes, 9 de septiembre de 2016

BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS: AGUA-1/2



BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS
Son aquellas moléculas imprescindibles para los organismos vivos, pero que no aparecen exclusivamente en ellos, son el agua y las sales minerales.



AGUA
Por su composición química (dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno) presenta una estructura peculiar (en comparación con otras moléculas semejantes) que le proporciona unas propiedades físico-químicas en las que se ha sustentado el desarrollo de la vida que conocemos.


vídeo: Estructura del agua


Estructura molecular

El oxígeno es un elemento electronegativo, por lo que tiende a atraer los electrones del hidrógeno, eso implica que el oxígeno presenta durante más tiempo carga negativa, y por consiguiente el hidrógeno positiva, lo que lleva a que los dos átomos de éste muestren la misma carga eléctrica por lo que se repelen, se alejan hasta que los campos no se interfieren, generando un ángulo de 104,5º.

De esto resulta una molécula dipolar, es decir, con dos regiones con cargas opuestas, una zona con carga + correspondiente a la región de los hidrógenos, y otra con carga – correspondiente a la región del oxígeno. Aunque la molécula tiene en su conjunto carga neta neutra, la existencia de estas dos regiones le proporcionan unas propiedades físico-químicas especiales.

 Enlace de puente de H: como consecuencia de la estructura dipolar, las moléculas de agua pueden unirse entre ellas, a través de un enlace de carácter débil y temporal, el enlace de puente de H. Se establece entre la carga + de un molécula y la carga- de otra.
Este tipo de enlace se forma y destruye constantemente, pero el resultado final es el que determina que las moléculas de agua, a temperatura ambiente, permanezcan unidas, por eso el agua aparece en estado líquido.
Si la temperatura aumenta, los enlaces se rompen, por lo que se pasa al estado gaseoso.
Si la temperatura desciende, los enlaces aumentan, pero, se organizan para conseguir el máximo número posible de uniones moleculares, lo que da lugar a una estructura hexagonal, con (proporcionalmente) gran espacio en su interior, por lo que el volumen que ocupan esas moléculas (el mismo número de moléculas si lo comparamos con el correspondiente estado líquido) es mayor, lo que hace que su densidad descienda (densidad= masa/volumen, la masa no varía, mismo número de moléculas, pero sí el volumen, ya se ha dicho que aumenta), es por lo que en estado sólido el agua flota en su correspondiente estado líquido. 



vídeo: solvatación iónica



Propiedades físico-químicas

1)- Acción disolvente

 Debido a la dipolaridad de las moléculas de agua, esta puede actuar como disolvente de compuestos con cargas (polares). Por ello se considera al agua como disolvente universal en los seres vivos.
Solvatación inónica- el compuesto polar queda rodeado por moléculas de agua, por la zona de carga opuesta. Al ser dipolar, puede separar tanto moléculas con cargas + (la molécula de agua se unirá por la zona -), como con cargas – (la molécula de agua se une por la zona +), de este modo se separan los iones con sus distintas cargas, que quedan disponibles para el organismo

Como consecuencia permite el desarrollo de una de las funciones del agua en los seres vivos: permitir la realización de las reacciones metabólicas, al permitir la interacción entre moléculas con distintas cargas.



2)- Elevada cohesión molecular

Se trata de la fuerza que resulta de la unión de las moléculas de agua entre ellas, como consecuencia de su estructura dipolar. Esta unión se lleva a cabo a través de los enlaces de puente de H, que aunque no son excesivamente fuertes se forman continuamente, de modo que el resultado es que las moléculas estén unidas de manera constante, de ahí esa elevada unión (cohesión) molecular.

Como consecuencia el agua es prácticamente incompresible (no se puede reducir la distancia de los enlace, y por tanto el volumen que ocupan las moléculas).
Esto permite que agua actúe como “relleno”, es decir, como esqueleto interno, tanto a nivel celular, como de organismo (hidroesqueleto).
Por otra parte, esta elevada cohesión permite la formación de largas cadenas de moléculas de agua unidas entre ellas, siempre que circulen por un conducto estrecho (capilaridad). Esto permite que el agua forme “columnas” de tal modo que la primera molécula es la que está “sustentando” al resto (sin necesidad de un aporte extra de energía), se permite así la circulación del agua por el interior de vasos circulatorios, aunque vaya contra la fuerza gravitatoria (como ocurre en las plantas). Así, esta fuerza de cohesión molecular junto con la evapotranspiración y la adhesión molecular permiten el desplazamiento de la savia en las plantas.

3)- Elevada adhesión molecular

De modo similar a la cohesión, las moléculas de agua también establecen uniones con las superficies por ser dipolares. Esta interacción es la que da lugar a que se diga que el agua “moja”, es decir, las moléculas de agua no repelen a la superficie, como si ocurre por ejemplo con el mercurio.
Esta elevada adhesión permite (junto con la capilaridad) que el agua pueda circular por los vasos conductores de las plantas.

En el caso de masas de agua en contacto con el aire (charcos, ríos, lagos, etc) la capa superficial de agua no entra en contacto con ninguna otra superficie (las moléculas del aire no están lo suficientemente juntas como para permitir las interacciones). Esto obliga a que las moléculas de agua establezcan las uniones (son dipolos, de modo que tienden a unirse con otras moléculas para que no queden cargas libres) con otras moléculas de agua de su alrededor (las laterales y las más próximas a nivel inferior). De este modo las moléculas de la capa superior están mucho más unidas que el resto, lo que hace que su cohesión sea aun mayor, se genera así una Elevada Tensión Molecular, una superficie “rígida” que puede ser utilizada como nicho ecológico, algunos animales viven sobre el agua apoyándose en ella (ejm. zapateros) y otros pueden desplazarse sobre ella sin “romper” esa superficie (ejm. basilisco).

4)- Elevado calor específico, elevado calor de vaporización

Debido a los enlaces de puente de H es necesaria una gran cantidad de energía para conseguir separar las moléculas y que, por tanto, se produzca un cambio de estado o tan si quiera que suba la temperatura de la masa de agua.

Gracias a esto, y teniendo en cuenta que los organismos están constituidos mayoritariamente por agua, la temperatura de los seres vivos es más o menos estable, y las variaciones en la temperatura externa no se manifiestan en los seres vivos al mismo ritmo. Es decir, el agua actúa como sustancia termorreguladora, tarda mucho en calentarse o enfriarse, lo que protege a los seres vivos de las oscilaciones térmicas externas. Si este sistema de protección no existiera, los cambios bruscos de temperatura en el organismo provocarían la desnaturalización de las proteínas y los ácidos nucleicos, llevando al organismo a la muerte.



Vídeo: pH del agua

vídeo: soluciones tamponadoras

5)- Bajo grado de ionización
La ionización hace referencia a la presencia de moléculas de agua con carga neta positiva o negativa, es decir, en estado iónico.
En el caso del agua este estado es poco frecuente, de hecho solo una de cada 551 millones de moléculas aparece así.  Esto significa que dos moléculas han interaccionado entre ellas de modo que una ha ganado el protón que le ha quitado a la otra.
Así encontramos que H3O+ será la molécula que ha captado el protón, tendrá carga positiva, ión hidronio (se suele simplificar como H+), mientras que aquella que ha perdido el protón queda como OH-, tendrá carga negativa, ión hidroxilo.
Por cada hidronio se forma un hidroxilo, de modo que ambos están en la misma concentración en el agua (10-7 de cada ión (moles por litro) y 10-14 en conjunto: producto iónico del agua), esto es lo que define el pH, la cantidad de iones de cada tipo que existen en el agua, cambiando la escala (aplicando logaritmos para no trabajar con exponentes) se obtiene la escala de pH, así pH=7 o pH neutro se refiere a éste valor del agua (iguales concentraciones de ambos iones, por debajo de valores 7 predominan los H+ lo que indica un carácter ácido, por encima de valores 7 predominan los OH- lo que indica un carácter básico o alcalino).


Al existir poca cantidad de estos iones de forma habitual en el agua ésta tiene muy poca capacidad para contrarrestar variaciones en el pH, por lo que se requiere de soluciones amortiguadoras, o soluciones tamponadoras para evitar daños. De estos procesos se suelen encargar las sales minerales y las proteínas. 



                                    pdf- Biomoléculas inorgánicas    


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