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Propiedades y funciones del agua: estructura, propiedades físicoquímicas, funciones biológ, Apuntes de Bioquímica

Una detallada descripción de la estructura molecular de la agua, sus propiedades físicoquímicas, funciones biológicas y el proceso de ósmosis. Se abordan temas como la ionización, disociación, productos iónicos, el concepto de ph y sistemas tampón. Además, se explican las propiedades del agua como disolvente universal, elevada fuerza de cohesión, elevada fuerza de adhesión, gran calor específico y elevado calor de vaporización.

Tipo: Apuntes

2011/2012

Subido el 08/07/2012

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EL AGUA
El agua, una molécula simple y extraña, puede ser considerada como el líquido de la vida. Es la sustancia
más abundante en la biosfera, dónde la encontramos en sus tres estados y es además el componente
mayoritario de los seres vivos, pues entre el 65 y el 95% del peso de de la mayor parte de las formas vivas
es agua. El agua fue además el soporte donde surgió la vida. Molécula con un extraño comportamiento
que la convierten en una sustancia diferente a la mayoría de los líquidos, posee una manifiesta
reaccinabilidad y posee unas extraordinarias propiedades físicas y químicas que van a ser responsables de
su importancia biológica. Durante la evolución de la vida, los organismos se han adaptado al ambiente
acuoso y han desarrollado sistemas que les permiten aprovechar las inusitadas propiedades del agua.
Estructura del agua
Propiedades físicoquímicas
1.Acción disolvente
2.Elevada fuerza de cohesión
3.Elevada fuerza de adhesión
4.Gran calor específico
5.Elevado calor de vaporización
Funciones biológicas
1.Ionización del agua
2.Disociación del agua
3.Producto iónico del agua
4.Concepto de pH
5.Sistemas tampón
Ósmosis y fenómenos osmóticos
Las sales minerales
Estructura del agua
La molécula de agua está formada por dos átomos de H unidos a un átomo de O por medio de dos enlaces
covalentes. La disposición tetraédrica de los orbitales sp3 del oxígeno determina un ángulo entre los
enlaces H-O-H aproximadamente de 104'5º, además el oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno
y atrae con más fuerza a los electrones de cada enlace. El resultado es que la molécula de agua aunque
tiene una carga total neutra (igual número de protones que de electrones ), presenta una distribución
asimétrica de sus electrones, lo que la convierte en una molécula polar, alrededor del oxígeno se
concentra una densidad de carga negativa , mientras que los núcleos de hidrógeno quedan desnudos,
desprovistos parcialmente de sus electrones y manifiestan, por tanto, una densidad de carga positiva. Por
eso en la práctica la molécula de agua se comporta como un dipolo. Así se establecen interacciones
dipolo-dipolo entre las propias moléculas de agua, formándose enlaces o puentes de hidrógeno, la carga
parcial negativa del oxígeno de una molécula ejerce atracción electrostática sobre las cargas parciales
positivas de los átomos de hidrógeno de otras moléculas adyacentes. Aunque son uniones débiles, el
hecho de que alrededor de cada molécula de agua se dispongan otras cuatro molécula unidas por puentes
de hidrógeno permite que se forme en el agua (líquida o sólida) una estructura de tipo reticular,
responsable en gran parte de su comportamiento anómalo y de la peculiaridad de sus propiedades
físicoquímicas.
Propiedades del agua
1. Acción disolvente
El agua es el líquido que más sustancias disuelve, por eso decimos que es el disolvente universal. Esta
propiedad, tal vez la más importante para la vida, se debe a su capacidad para formar puentes de
hidrógeno con otras sustancias que pueden presentar grupos polares o con carga nica ( alcoholes,
azúcares con grupos R-OH , aminoácidos y proteínas con grupos que presentan cargas + y - , lo que da
lugar a disoluciones moleculares. También las moléculas de agua pueden disolver a sustancias salinas que
se disocian formando disoluciones iónicas. En el caso de las disoluciones iónicas (fig.6) los iones de las
sales son atraídos por los dipolos del agua, quedando "atrapados" y recubiertos de moléculas de agua en
forma de iones hidratados o solvatados. La capacidad disolvente es la responsable de dos funciones :
1.Medio donde ocurren las reacciones del metabolismo
2.Sistemas de transporte
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EL AGUA

El agua, una molécula simple y extraña, puede ser considerada como el líquido de la vida. Es la sustancia más abundante en la biosfera, dónde la encontramos en sus tres estados y es además el componente mayoritario de los seres vivos, pues entre el 65 y el 95% del peso de de la mayor parte de las formas vivas es agua. El agua fue además el soporte donde surgió la vida. Molécula con un extraño comportamiento que la convierten en una sustancia diferente a la mayoría de los líquidos, posee una manifiesta reaccinabilidad y posee unas extraordinarias propiedades físicas y químicas que van a ser responsables de su importancia biológica. Durante la evolución de la vida, los organismos se han adaptado al ambiente acuoso y han desarrollado sistemas que les permiten aprovechar las inusitadas propiedades del agua. Estructura del agua Propiedades físicoquímicas 1.Acción disolvente 2.Elevada fuerza de cohesión 3.Elevada fuerza de adhesión 4.Gran calor específico 5 .Elevado calor de vaporización Funciones biológicas 1.Ionización del agua 2.Disociación del agua 3.Producto iónico del agua 4.Concepto de pH 5.Sistemas tampón Ósmosis y fenómenos osmóticos Las sales minerales Estructura del agua La molécula de agua está formada por dos átomos de H unidos a un átomo de O por medio de dos enlaces covalentes. La disposición tetraédrica de los orbitales sp3 del oxígeno determina un ángulo entre los enlaces H-O-H aproximadamente de 104'5º, además el oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno y atrae con más fuerza a los electrones de cada enlace. El resultado es que la molécula de agua aunque tiene una carga total neutra (igual número de protones que de electrones ), presenta una distribución asimétrica de sus electrones, lo que la convierte en una molécula polar, alrededor del oxígeno se concentra una densidad de carga negativa , mientras que los núcleos de hidrógeno quedan desnudos, desprovistos parcialmente de sus electrones y manifiestan, por tanto, una densidad de carga positiva. Por eso en la práctica la molécula de agua se comporta como un dipolo. Así se establecen interacciones dipolo-dipolo entre las propias moléculas de agua, formándose enlaces o puentes de hidrógeno, la carga parcial negativa del oxígeno de una molécula ejerce atracción electrostática sobre las cargas parciales positivas de los átomos de hidrógeno de otras moléculas adyacentes. Aunque son uniones débiles, el hecho de que alrededor de cada molécula de agua se dispongan otras cuatro molécula unidas por puentes de hidrógeno permite que se forme en el agua (líquida o sólida) una estructura de tipo reticular, responsable en gran parte de su comportamiento anómalo y de la peculiaridad de sus propiedades físicoquímicas. Propiedades del agua

  1. Acción disolvente El agua es el líquido que más sustancias disuelve, por eso decimos que es el disolvente universal. Esta propiedad, tal vez la más importante para la vida, se debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno con otras sustancias que pueden presentar grupos polares o con carga iónica ( alcoholes, azúcares con grupos R-OH , aminoácidos y proteínas con grupos que presentan cargas + y - , lo que da lugar a disoluciones moleculares. También las moléculas de agua pueden disolver a sustancias salinas que se disocian formando disoluciones iónicas. En el caso de las disoluciones iónicas (fig.6) los iones de las sales son atraídos por los dipolos del agua, quedando "atrapados" y recubiertos de moléculas de agua en forma de iones hidratados o solvatados. La capacidad disolvente es la responsable de dos funciones : 1.Medio donde ocurren las reacciones del metabolismo 2.Sistemas de transporte
  1. Elevada fuerza de cohesión Los puentes de hidrógeno mantienen las moléculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incomprensible. Al no poder comprimirse puede funcionar en algunos animales como un esqueleto hidrostático, como ocurre en algunos gusanos perforadores capaces de agujerear la roca mediante la presión generada por sus líquidos internos.
  2. Elevada fuerza de adhesión Esta fuerza está también en relación con los puentes de hidrógeno que se establecen entre las moléculas de agua y otras moléculas polares y es responsable, junto con la cohesión del llamado fenómeno de la capilaridad. Cuando se introduce un capilar en un recipiente con agua, ésta asciende por el capilar como si trepase agarrándose por las paredes, hasta alcanzar un nivel superior al del recipiente, donde la presión que ejerce la columna de agua , se equilibra con la presión capilar. A este fenómeno se debe en parte la ascensión de la savia bruta desde las raíces hasta las hojas, a través de los vasos leñosos.
  3. Gran calor específico También esta propiedad está en relación con los puentes de hidrógeno que se forman entre las moléculas de agua. El agua puede absorber grandes cantidades de "calor" que utiliza para romper los p.de h. por lo que la temperatura se eleva muy lentamente. Esto permite que el citoplasma acuoso sirva de protección ante los cambios de temperatura. Así se mantiene la temperatura constante.
  4. Elevado calor de vaporización Sirve el mismo razonamiento, también los p.de h. son los responsables de esta propiedad. Para evaporar el agua , primero hay que romper los puentes y posteriormente dotar a las moléculas de agua de la suficiente energía cinética para pasar de la fase líquida a la gaseosa. Para evaporar un gramo de agua se precisan 540 calorías, a una temperatura de 20º C. Funciones del agua Las funciones del agua se relacionan íntimamente con las propiedades anteriormente descritas. Se podrían resumir en los siguientes puntos: 1.Soporte o medio donde ocurren las reacciones metabólicas 2.Amortiguador térmico 3.Transporte de sustancias 4.Lubricante, amortiguadora del roce entre órganos 5.Favorece la circulación y turgencia 6.Da flexibilidad y elasticidad a los tejidos 7.Puede intervenir como reactivo en reacciones del metabolismo, aportando hidrogeniones o hidroxilos al medio. Ionización del agua Disociación del agua El agua pura tiene la capacidad de disociarse en iones, por lo que en realidad se puede considerar una mezcla de : agua molecular (H2O ) protones hidratados (H3O+ ) e iones hidroxilo (OH-) En realidad esta disociación es muy débil en el agua pura, y así el producto iónico del agua a 25º es Este producto iónico es constante. Como en el agua pura la concentración de hidrogeniones y de hidroxilos es la misma, significa que la concentración de hidrogeniones es de 1 x 10 - 7. Para simplificar los cálculos Sorensen ideó expresar dichas concentraciones utilizando logaritmos, y así definió el pH como el logaritmo cambiado de signo de la concentración de hidrogeniones. Según ésto: disolución neutra pH = 7 disolución ácida pH < 7 disolución básica pH > 7 En general hay que decir que la vida se desarrolla a valores de pH próximos a la neutralidad. Los organismos vivos no soportan variaciones del pH mayores de unas décimas de unidad y por eso han

participan en la generación de gradientes electroquímicos, imprescindibles en el mantenimiento del potencial de membrana y del potencial de acción y en la sinapsis neuronal.

  • Función tamponadora. Se lleva a cabo por los sistemas carbonato-bicarbonato, y también por el monofosfato-bifosfato.

GLÚCIDOS

Concepto de glúcidos Monosacáridos 1.triosas 2.pentosas 3.hexosas 4.Ciclación de monosacáridos Disacáridos 1.lactosa 2.maltosa 3.sacarosa Polisacáridos 1.almidón 2.glucógeno 3.celulosa CONCEPTO DE GLÚCIDOS Los glúcidos son biomoléculas formadas básicamente por carbono (C),hidrógeno (H) y oxígeno (O). Los átomos de carbono están unidos a grupos alcohólicos (-OH), llamados también radicales hidroxilo y a radicales hidrógeno (-H). En todos los glúcidos siempre hay un grupo carbonilo, es decir, un carbono unido a un oxígeno mediante un doble enlace (C=O). El grupo carbonilo puede ser un grupo aldehído(-CHO), o un grupo cetónico (-CO-). Así pues, los glúcidos pueden definirse como polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas. El primer glúcido es el más pequeño que existe, tiene 3 átomos de carbono solamente, es además una aldosa porque posee un grupo aldehído (-CHO ); el segundo ejemplo correspondería a una cetosa, por tener un grupo cetona (C=O ) Inicio de página MONOSACÁRIDOS