Estructura Molecular del Agua
La molécula de agua se forma por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, con un ángulo de 104,5º. Aunque tiene una carga total neutra, se comporta como un dipolo porque el oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno y atrae el electrón que comparte. Las moléculas de agua están unidas entre sí por enlaces denominados puentes de hidrógeno.
Propiedades y Funciones Biológicas del Agua
Acción disolvente (El disolvente universal)
Los medios acuosos (sangre, saliva, etc.) facilitan el transporte de sustancias en disolución (nutrientes y desechos). Es el medio en el que transcurren gran parte de las reacciones metabólicas.
- Sustancias hidrofílicas: pueden disolverse en agua (azúcar y sal).
- Sustancias hidrofóbicas: no se pueden disolver en agua (aceite).
- Sustancias anfipáticas: tienen una parte hidrofílica y otra hidrofóbica (ácidos grasos y fosfolípidos).
Elevada fuerza de cohesión
Los puentes de hidrógeno mantienen las moléculas de agua cohesionadas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido incompresible a temperatura ambiente. Por ello, actúa como esqueleto hidrostático en medusas, permite la turgencia en las plantas y provoca la tensión superficial, permitiendo que pequeños animales se desplacen sin hundirse.
Elevada fuerza de adhesión
Junto con la cohesión, es la responsable del fenómeno de la capilaridad, que facilita el ascenso de la savia bruta a través de los vasos leñosos.
Gran calor específico
Permite que el citoplasma acuoso proteja a las moléculas orgánicas ante los cambios bruscos de temperatura, actuando como un tampón térmico.
Elevado calor latente de vaporización
La evaporación del agua disminuye la temperatura, lo que constituye un método en vertebrados para disipar el calor por sudoración. También en plantas crea un sistema de refrigeración mediante la transpiración.
Menor densidad del hielo que el agua líquida
El hielo es menos denso que el agua, lo que posibilita la vida bajo las aguas heladas.
Función bioquímica
Los seres vivos utilizan el agua en las reacciones de fotosíntesis e hidrólisis.
Preguntas de Aplicación Biológica y Osmosis
¿Por qué una célula animal muere en un medio hipotónico y una célula vegetal no?
Si los líquidos extracelulares se diluyen (se vuelven hipotónicos) respecto a las células animales, el agua tiende a pasar al citoplasma interior. Las células se hinchan, se vuelven turgentes y llegan a estallar (lisis) si no disponen de una pared celular rígida, como sí ocurre en las células vegetales. Este proceso de estallido se denomina hemólisis en el caso de los eritrocitos.
¿Cómo provoca la penicilina la muerte de la bacteria?
La penicilina bloquea la formación de la pared celular bacteriana. Si la bacteria se encuentra en un medio hipotónico (o si el medio interno se vuelve hipotónico), el agua tiende a entrar en el citoplasma. Al carecer de una pared celular funcional que soporte la presión osmótica, la célula se hincha, se vuelve turgente y estalla, provocando la muerte de la bacteria.
La vida en el Mar Muerto y la salinidad
La elevada salinidad del Mar Muerto provoca que la presión osmótica del agua sea extremadamente alta (medio hipertónico). Esto dificulta la vida de la mayoría de las especies, ya que sus células no pueden regular el equilibrio osmótico en un medio tan concentrado. Las células de las especies no adaptadas perderán agua por ósmosis, se deshidratarán y morirán.
Regulación del pH: Plasma sanguíneo vs. Cloruro sódico
El plasma sanguíneo posee un sistema tampón (buffer) que es capaz de neutralizar los cambios de pH, absorbiendo el exceso de iones de hidrógeno (H+) o liberándolos para mantener el pH dentro de un rango estrecho y vital para el organismo. Una disolución de cloruro sódico (NaCl), al carecer de un sistema tampón, experimenta un descenso significativo en el pH al añadir ácido.
Turgencia y marchitamiento de las lechugas
Cuando las lechugas se sumergen en agua pura, se vuelven turgentes por ósmosis. Las células tienen una concentración de soluto mayor que el agua pura, por lo que el agua entra en las células para equilibrar las concentraciones. Esto aumenta la presión interna y las hace turgentes.
Cuando la lechuga se aliña con sal, se arruga. La sal crea un ambiente hipertónico alrededor de las células de la lechuga, lo que provoca que el agua del interior celular salga por ósmosis para intentar igualar la concentración de soluto. Esta pérdida de agua deshidrata y hace que la lechuga se marchite y se arrugue.
Absorción de agua en suelos salinos
Las plantas necesitan absorber agua del suelo para sus procesos vitales. Si la concentración de sales en el suelo es mayor que en el interior de las células de la raíz (medio hipertónico), el agua tendería a salir de la planta por ósmosis, lo que llevaría a la deshidratación y el marchitamiento. Por lo tanto, las plantas en suelos salinos necesitan desarrollar mecanismos para mantener una concentración interna de solutos aún más elevada que el suelo.
Interpretación de la respuesta celular a cambios de tonicidad (Gráfica de 10 minutos)
- 0-10 minutos: La célula se coloca en un medio con alta concentración de sales (medio hipertónico). El agua dentro de la célula tiende a salir hacia el exterior por ósmosis, buscando equilibrar las concentraciones. Esto provoca una disminución del volumen celular, es decir, la célula se deshidrata.
- A partir de los 10 minutos: La célula es transferida a un medio con agua destilada (medio hipotónico). La concentración de solutos es mayor dentro de la célula que en el exterior. En este caso, el agua del medio externo entra en la célula por ósmosis y causa un aumento de volumen, provocando que la célula se hinche.