El Agua y las Biomoléculas: Fundamentos Esenciales de la Vida

El Agua: Estructura y Propiedades Fundamentales

Estructura Molecular

• La molécula de agua está compuesta por dos átomos de hidrógeno (H) y uno de oxígeno (O), unidos por enlaces covalentes que forman un ángulo de 104,5°.
• Es una molécula eléctricamente neutra, aunque sus átomos tienen diferentes valores de electronegatividad.
• El oxígeno (O) es más electronegativo que el hidrógeno (H), por lo que atrae hacia sí los electrones del enlace covalente.
• Esta distribución espacial de cargas eléctricas hace que se establezca un dipolo eléctrico, confiriendo a la molécula un marcado carácter polar.
• Las moléculas de agua interaccionan entre sí mediante puentes de hidrógeno (enlaces débiles). Estos se generan por las fuerzas eléctricas entre átomos que presentan un exceso de carga positiva (H) y otros con exceso de carga negativa (O).
• Cada átomo de oxígeno, con carga parcial negativa, atrae hacia sí las cargas parciales positivas de los átomos de hidrógeno de otras moléculas de agua.

Propiedades Físico-Químicas

1. Elevada cohesión molecular: La unión entre las moléculas mediante puentes de hidrógeno permite que el agua sea un fluido dentro de un amplio margen de temperaturas, comportándose como un líquido prácticamente incompresible.
2. Elevada tensión superficial: Las moléculas de la superficie del agua experimentan fuerzas de atracción hacia el interior del líquido. Esto provoca que dicha superficie ofrezca una gran resistencia a ser traspasada.
3. Elevada fuerza de adhesión: Las moléculas de agua tienen una gran capacidad para adherirse a las paredes de conductos de diámetros pequeños, un fenómeno conocido como capilaridad.
4. Elevado calor específico: Las moléculas de agua pueden absorber una gran cantidad de calor sin elevar notablemente su temperatura, porque parte de la energía se emplea en romper los puentes de hidrógeno.
5. Elevado calor de vaporización: Cuando el agua pasa de estado líquido a gaseoso, necesita absorber una gran cantidad de calor para romper todos los puentes de hidrógeno. Gracias a esta propiedad, los organismos pueden eliminar una gran cantidad de calor con una pérdida mínima de agua.
6. Densidad: El agua en estado líquido es más densa que en estado sólido (hielo). En estado sólido, el agua presenta todos sus posibles puentes de hidrógeno (cuatro por molécula), formando un retículo cristalino que ocupa un volumen mayor y, por ello, es menos denso.

Bioelementos y Sales Minerales

Bioelementos

• Bioelementos primarios: Carbono (C), Hidrógeno (H), Oxígeno (O), Nitrógeno (N), Fósforo (P) y Azufre (S). Constituyen aproximadamente el 96,2% de la materia viva.
• Bioelementos secundarios: Potasio (K+), Calcio (Ca2+), etc. Representan alrededor del 3,3%.
• Oligoelementos: Cobalto (Co), Cobre (Cu), etc. Se encuentran en cantidades muy pequeñas pero son esenciales.

Sales Minerales

Son biomoléculas inorgánicas presentes en todos los seres vivos. Pueden encontrarse en disolución, asociadas a moléculas orgánicas o en forma sólida (precipitadas).

Tipos de Sales Minerales

• Disueltas: Son solubles en agua y se encuentran disociadas en iones.
  • Aniones: Nitrato (NO₃⁻), Cloruro (Cl⁻), etc.
  • Cationes: Potasio (K⁺), Calcio (Ca²⁺), etc.
• Precipitadas: Son insolubles y se encuentran en estado sólido formando cristales. Pueden asociarse a macromoléculas.

Funciones de las Sales Minerales

• Formación de estructuras de sostén y protección.
• Intervención en procesos bioquímicos clave como:
  • Transmisión del impulso nervioso.
  • Regulación de la actividad cardíaca.
  • Contracción muscular.
  • Mantenimiento del equilibrio iónico.
  • Regulación y mantenimiento del pH.

Ósmosis y Presión Osmótica

La ósmosis es un proceso de difusión pasiva del agua a través de una membrana semipermeable desde un medio más diluido (hipotónico) hacia uno más concentrado (hipertónico).

• Medio exterior hipertónico: Si el exterior es más concentrado que el interior celular, la célula pierde agua. Esto provoca una disminución del volumen celular y un aumento de la presión osmótica en el interior. Este proceso de deshidratación se conoce como:
  • En células animales: Crenación.
  • En células vegetales: Plasmólisis.
• Medio exterior hipotónico: Si el exterior es más diluido que el interior celular, el agua entra en la célula. Esto provoca un aumento del volumen celular y una disminución de la presión osmótica interna.
  • En células animales (sin pared celular): La célula se hincha y puede explotar, un proceso llamado hemólisis.
  • En células vegetales y bacterias (con pared celular): La entrada de agua genera una presión contra la pared celular, alcanzando un estado de turgencia.

Biomoléculas Orgánicas

Polímeros y Monómeros

• Macromoléculas o Polímeros: Son largas cadenas de moléculas formadas por la unión de unidades más pequeñas (monómeros). Su formación requiere energía.
• Monómeros: Son las moléculas sencillas y más pequeñas que se unen entre sí mediante enlaces covalentes para formar macromoléculas. La ruptura de estos polímeros en monómeros libera energía.

Glúcidos

Son biomoléculas orgánicas también conocidas como carbohidratos.

• Monosacáridos u osas simples: Son los glúcidos más sencillos. No son hidrolizables, son solubles y tienen poder reductor. Ejemplos: aldopentosas, aldohexosas, cetohexosas.
• Ósidos: Formados por la unión de monosacáridos mediante enlaces O-glucosídicos. Según el número de monómeros, se clasifican en:
  • Disacáridos (dos monómeros).
  • Oligosacáridos (pocos monómeros).
  • Polisacáridos (muchos monómeros).