Aigua i Sals Minerals: Propietats, Funcions i Glícids Essencials en Biologia

Funcions Essencials de les Sals Minerals

• Funció Estructural

  Formen estructures esquelètiques, tant exosquelets com endosquelets. Exemples inclouen el carbonat càlcic a les closques dels mol·luscs, el fosfat càlcic i carbonat càlcic dipositats sobre el col·lagen que constitueixen els ossos, i la sílice (SiO2) present en els exosquelets de les diatomees i les gramínies. També són essencials en la formació de les dents.

• Regulació Osmòtica

  Permeten mantenir constant el grau de salinitat dins la cèl·lula. L'osmosi és el pas de dissolvent (aigua) a través de la membrana entre dos medis de concentració diferent.

• Estabilitat del pH

  Contribueixen a mantenir el pH del medi més o menys constant i al voltant de la neutralitat (7). Això s'aconsegueix controlant la concentració d'ions Hidrogen (H+).

• Accions Específiques

  Normalment, parelles d'ions amb funció antagònica realitzen accions vitals:

  • Potencial d'acció cardíac: Els ions Na+ i K+ actuen parant el cor en la diàstole, mentre que els ions Ca2+ ho fan en la sístole.
  • Turgència de la cèl·lula: Els ions K+ augmenten la turgència cel·lular (afavoreixen la captació de molècules d'aigua), i els ions Ca2+ la disminueixen.
  • Sinapsis neuronals: Els ions Na+, K+, Cl- i Ca2+ generen gradients electroquímics que permeten controlar les sinapsis.
  • Síntesi d'hemoglobina: Requereix l'ió ferrós Fe2+.
  • Síntesi de clorofil·la: Requereix l'ió Mg2+.
  • Contracció muscular: Els ions Ca2+ l'activen i els ions Mg2+ la inhibeixen.

Regulació Osmòtica i Estabilitat del pH

Efectes de la Concentració Externa en la Cèl·lula

• Medi Extern Isotònic

  Respecte del medi intern cel·lular, té la mateixa concentració de sals. La cèl·lula no es deforma, mantenint el seu equilibri.

• Medi Extern Hipotònic

  (Menys concentrat o més diluït): La cèl·lula s’infla perquè hi entra aigua a l’interior. Aquest fenomen s’anomena turgència.

• Medi Extern Hipertònic

  (Més concentrat o menys diluït): La cèl·lula perd aigua i s’arruga, provocant la ruptura de la membrana. Aquest fenomen s’anomena plasmòlisi.

El pH i els Sistemes Tampó

El pH és un indicador de la concentració d'ions H+ en una dissolució aquosa. En una solució àcida hi ha una alta concentració d'ions H+ i baixa d'ions OH-, mentre que en una solució bàsica és a la inversa. Els valors de pH varien de 0 (més àcida) a 14 (més bàsica), essent 7 el valor considerat neutre.

L'aigua és neutra, però les reaccions químiques que hi tenen lloc alliberen productes àcids i bàsics que poden alterar el pH. Aquests canvis podrien alterar l'estructura de moltes biomolècules, sobretot enzims, canviant o impedint el desenvolupament de moltes reaccions (provocant fins i tot la mort). Per a compensar les variacions del pH, els organismes han desenvolupat els sistemes tampó (buffer) o amortidors de pH. Els dos sistemes tampó més importants són el tampó fosfat i el tampó bicarbonat.

L'Aigua: Abundància, Distribució i Estructura Molecular

L'aigua és el compost químic més abundant en la matèria viva. La seva quantitat oscil·la depenent de factors com l'espècie, l'edat o el tipus d'òrgan.

Distribució de l'Aigua en l'Organisme

• Aigua Circulant (8%)

  Forma part de la sang, de la saba, etc., essent els líquids que circulen per l'interior de l'organisme a través de conductes.

• Aigua Intersticial (15%)

  Es troba entre les cèl·lules, normalment força adherida a la substància intercel·lular.

• Aigua Intracel·lular (40%)

  Representa la major part del contingut del citosol i l'interior dels orgànuls cel·lulars.

La Molècula d'Aigua: Propietats Clau

• Naturalesa Dipolar

  L'aigua és una molècula dipolar i neutra. Està formada per un àtom d'oxigen unit a dos àtoms d'hidrogen mitjançant enllaços covalents, de manera que queden dos pols positius (càrrega parcial positiva) a la banda dels hidrògens i un pol negatiu (càrrega parcial negativa) al pol de l'oxigen.

• Estat Líquid a Temperatura Ambient

  En ser dipolar, les molècules pròximes tendeixen a unir-se mitjançant enllaços per ponts d'hidrogen, formant polímers de 3, 4 i fins a 9 molècules d'aigua. Això fa que l'aigua assoleixi pesos moleculars més alts i es comporti com un líquid a temperatura ambient, a diferència d'altres molècules semblants que són gasos (com CO2, NO2, SO2).

Propietats Fisicoquímiques Clau de l'Aigua

• Estat Líquid en Ampli Rang de Temperatura

  Els enllaços per ponts d'hidrogen entre les molècules d'aigua permeten que l'aigua sigui líquida entre els 0 i 100°C. Això és fonamental per al manteniment de la vida en un ampli interval de temperatura.

• Elevada Força de Cohesió

  Els enllaços per ponts d'hidrogen permeten una gran cohesió entre les molècules d'aigua, evitant la compressió i permetent donar volum a les cèl·lules i turgència a les plantes. També confereix una elevada tensió superficial, és a dir, la superfície oposa una gran resistència a trencar-se.

• Elevada Força d'Adhesió

  Les molècules d'aigua tenen tendència a adherir-se a altres molècules carregades de la paret d'un tub. Aquest fet, juntament amb la cohesió, permet la capil·laritat (per exemple, la saba ascendeix pels vasos llenyosos de la planta).

• Elevada Calor Específica

  La calor necessària per augmentar la temperatura d'una substància és directament proporcional a la seva calor específica. Com que l'aigua té una calor específica alta, cal aportar una gran quantitat de calor perquè augmenti la seva temperatura (la calor s'utilitza per trencar enllaços). Això permet evitar canvis bruscos de temperatura, actuant com un amortidor tèrmic.

• Elevada Calor de Vaporització

  Perquè l'aigua passi d'estat líquid a estat gasós, cal trencar tots els enllaços per ponts d'hidrogen que hi ha entre les molècules i, per tant, cal aportar una gran quantitat de calor. Com que per evaporar la suor cal extreure la calor del cos, això permet la refrigeració del mateix. També té una conductivitat alta que evita l'acumulació de calor en un determinat punt del cos.

• Elevada Constant Dielèctrica

  Com que l'aigua està formada per molècules dipolars que envolten altres soluts, pot actuar com a dissolvent de compostos iònics (com les sals minerals) i compostos covalents polars (com els alcohols o les cetones), i dispersar compostos amfipàtics (com els àcids grassos). Per això, l'aigua és un vehicle de transport de substàncies excel·lent i el medi idoni on es fan totes les reaccions químiques.

• Densitat Més Alta en Estat Líquid

  Com que el gel és menys dens que l'aigua líquida, hi flota per sobre, de manera que genera una capa sòlida termoaïllant que permet la vida a sota, on hi ha aigua líquida, garantint una major supervivència de les espècies. En cas contrari, tota l'aigua es gelaria i no hi seria possible la vida.

• Baix Grau d'Ionització

  De cada 10.000.000 de molècules d'aigua, només una es troba ionitzada.

Funcions Biològiques de l'Aigua en els Éssers Vius

• Funció Estructural

  Gràcies a la seva elevada força de cohesió, les cèl·lules que no tenen una membrana o paret rígida mantenen la seva forma i volum per la pressió que exerceix l'aigua de l'interior. Quan aquestes cèl·lules perden aigua, perden turgència, s'arruguen i fins i tot es poden trencar (plasmòlisi).

• Dissolvent Universal, Transport i Bioquímica

  Degut a la seva elevada força d'adhesió i elevada constant dielèctrica, l'aigua és el medi aquós on tenen lloc gairebé totes les reaccions biològiques. A més, participa en moltes reaccions químiques (com la hidròlisi o la fotosíntesi) i és el vehicle de transport de substàncies d'un punt a un altre de l'organisme i des de l'exterior fins a l'interior.

• Funció Mecànica Amortidora

  L'aigua, amb la seva elevada força de cohesió, adhesió i constant dielèctrica, permet obtenir líquids amb la viscositat necessària per evitar la fricció entre diferents òrgans i teixits. Un exemple és el líquid sinovial de les articulacions dels vertebrats, que és incompressible.

• Funció Excretora

  L'aigua facilita l'excreció de les substàncies procedents del metabolisme o de la ingesta que resultarien tòxiques per a l'organisme (per exemple, amoníac, urea, àcid úric).

• Funció Termoreguladora

  La seva elevada calor específica i la seva elevada calor de vaporització fan que calgui molta energia per augmentar 1°C la seva temperatura i, per tant, canviar d'estat. Per exemple, els animals, quan suen, expulsen aigua, la qual, per evaporar-se, pren calor del cos i, com a conseqüència, aquest es refreda.

Els Glícids (Carbohidrats)

Els glícids, també coneguts com a glúcids, hidrats de carboni o carbohidrats, són els compostos orgànics més abundants a la biosfera.

Propietats Físiques dels Glícids

• Sòlids
• Cristal·lins
• Color blanc
• Gust dolç (en el cas dels sucres)
• Molt solubles en aigua