Funciones Biológicas del Agua, Ácidos, Bases y Disoluciones en Biología

Funciones Biológicas del Agua

• Función Termorreguladora: El elevado calor específico del agua la convierte en un buen amortiguador térmico, impidiendo que los cambios bruscos de temperatura externa afecten a los organismos.
• Función Disolvente: La naturaleza dipolar de la molécula del agua la convierte en un disolvente casi universal. Esto le confiere funciones importantes para el ser vivo, tales como el transporte de sustancias disueltas de un lugar a otro del organismo y la producción, en su seno, de todas las reacciones químicas del metabolismo celular.
• Función Estructural: La elevada fuerza de cohesión-adhesión que existe entre las moléculas de agua permite que se mantenga la forma y el volumen de las células, los cambios y deformaciones del citoplasma y explica el ascenso de la savia por los vasos conductores.
• Función Mecánica: El agua, al disolver diversas sustancias a diversas concentraciones, produce líquidos con la viscosidad adecuada para actuar de lubricantes y amortiguadores de movimientos bruscos en articulaciones, músculos y tendones, así como para dar flexibilidad o elasticidad a los organismos.
• Función Química: La disociación iónica del agua le permite intervenir en muchas reacciones químicas, aportando hidrogeniones o hidroxilos al medio. También es la fuente de átomos de hidrógeno en la fotosíntesis.

Ácidos y Bases Fuertes

• Ácidos
  • HCl → Ácido clorhídrico
  • H₂SO₄ → Ácido sulfúrico
  • HNO₃ → Ácido nítrico
• Bases
  • KOH → Hidróxido de potasio
  • NaOH → Hidróxido de sodio (sosa cáustica)

Ácidos y Bases Débiles

• CH₃COOH → Ácido acético
• H₂CO₃ → Ácido carbónico
• H₃PO₄ → Ácido fosfórico

Equilibrios Ácido-Base

La constante de equilibrio (K_a) de ácidos y bases débiles es un dato esencial. Se calcula como cualquier otra constante de equilibrio.

Propiedades de las Disoluciones

Las partículas dispersas pueden provocar tres fenómenos en relación con su movimiento en el seno del agua:

• Difusión: Es el fenómeno por el cual las moléculas de un gas, líquido o las sustancias disueltas se mueven continuamente en todas direcciones, tendiendo a distribuirse uniformemente en el seno del agua hasta ocupar todo el espacio disponible.
• Diálisis: Es la separación de dos solutos de una disolución a través de una membrana cuya permeabilidad solamente permite el paso de las partículas más pequeñas.
• Ósmosis: Es el fenómeno por el cual tiende a igualarse la concentración de dos disoluciones separadas por una membrana semipermeable (permite el paso de las moléculas del agua, pero no las del soluto).

Fenómenos Osmóticos

La ósmosis puede generar una diferencia de contenido en agua a un lado y otro de la membrana, lo cual puede provocar una presión sobre la misma que recibe el nombre de presión osmótica.

• Disolución Hipertónica: Es aquella solución que está más concentrada y generará más presión sobre la membrana.
• Disolución Hipotónica: Es la solución más diluida y generará menos presión sobre la membrana.
• Disoluciones Isotónicas: Las que tienen la misma concentración.

Las membranas de las células funcionan como si fueran semipermeables. El fenómeno de ósmosis puede provocar intercambios de agua entre el interior y el exterior de la célula.

• Si el medio externo es hipertónico, el agua tenderá a salir de la célula y esta se encogerá.
• Si el medio externo es hipotónico, el agua tenderá a entrar en la célula y esta se hinchará.
• Si el medio externo es isotónico, el agua entra y sale de la célula en la misma cantidad.

Monosacáridos

Son glúcidos constituidos por una sola cadena. No pueden, por ello, descomponerse mediante hidrólisis. Se nombran añadiendo la terminación -osa al número de carbonos. Por ejemplo: triosa, tetrosa, pentosa…

• Propiedades Físicas: Son sólidos cristalinos de color blanco, hidrosolubles y de sabor dulce. Su solubilidad se debe a que presentan una elevada polaridad eléctrica.
• Propiedades Químicas: Los glúcidos son capaces de oxidarse, es decir, de perder electrones, frente a otras sustancias que, al aceptarlos, se reducen.
• Proceso de Reducción del Licor de Fehling: Es una prueba de reconocimiento química de los monosacáridos debido a la presencia del grupo aldehído o cetona en la molécula.

Disacáridos

Los disacáridos son la unión de dos monosacáridos. Esta unión se realiza a través de un enlace especial que libera una molécula de agua y que se llama enlace O-glucosídico.

Los disacáridos conservan las mismas propiedades físicas que los monosacáridos; es decir, son solubles en agua, son dulces y forman cristales blancos que se caramelizan por el calor. Pueden hidrolizarse, dando lugar a los monosacáridos que los componen.

Los disacáridos son reductores siempre y cuando el carbono anomérico de alguno de sus monosacáridos no intervenga en el enlace O-glucosídico.

Principales Disacáridos

• Maltosa: Es el azúcar de la malta.
  • Resulta de la unión de dos glucosas cicladas de manera que el carbono anomérico de una se une al grupo -OH en el carbono 4 de otra.
  • Nombre → α-D-Glucopiranosil (1,4) α-D-Glucopiranosa.
  • La maltosa es reductora.
• Lactosa: Es el azúcar de la leche de los mamíferos.
  • Está formada por una galactosa y una glucosa.
  • Nombre → β-D-Galactopiranosil (1,4) D-Glucopiranosa.
  • La lactosa es reductora.
• Sacarosa: Es el azúcar corriente.
  • Está formada por una glucosa y una fructosa.
  • Nombre → α-D-Glucopiranosil (1,2) β-D-Fructofuranósido.
  • La sacarosa no es reductora.

Oligosacáridos

Los oligosacáridos son uniones de 3 hasta 10-20 unidades de monosacáridos.

Suelen estar unidos covalentemente a proteínas o a lípidos, formando glucoproteínas y glucolípidos. Pueden unirse a las proteínas de dos formas:

• Mediante un enlace N-glucosídico.
• Mediante un enlace O-glucosídico.

Los oligosacáridos se encuentran en la superficie externa de la membrana celular, tienen gran importancia en las funciones de reconocimiento en superficie y tienen una gran capacidad de almacenamiento de información.

Polisacáridos

Los polisacáridos son uniones de más de 20 monosacáridos. Hay dos tipos:

• Homopolisacáridos: Cuando los monosacáridos que forman la cadena son iguales. Almidón y glucógeno.
• Heteropolisacáridos: Cuando los monosacáridos que forman la cadena son distintos. Heparina, condroitina y ácido hialurónico.

Los polisacáridos pueden servir como reservas energéticas o pueden conferir estructura al ser vivo que los tiene.