El agua, la importancia biológica del agua

La molécula de agua tiene forma de V y el ángulo entre los dos enlaces covalentes es de 104.5°. Algunas propiedades importantes del agua se deben a la forma angulada y a los enlaces intermoleculares que puede formar. Esta molécula está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno; el átomo de oxígeno es más electronegativo por lo que atrae a los electrones de los átomos de hidrógeno. El resultado es una distribución desigual de cargas dentro de cada enlace, en donde el oxígeno es parcialmente negativo y los hidrógenos parcialmente positivos, a esto se le llama dipolo y se dice que el enlace es polar. Una de las consecuencias importantes de la polaridad de la molécula de agua es que dichas moléculas se atraen entre sí. La atracción entre uno de los átomos de hidrógeno parcialmente positivo de una molécula de agua y uno de los pares de electrones libres del oxígeno de otra molécula permiten la formación de puentes de hidrógeno. Estas interacciones no solo ocurren en el agua, pueden existir entre cualquier átomo electronegativo y un átomo de hidrógeno unido a otro átomo electronegativo. Un puente de hidrógeno es más estable cuando el átomo de hidrógeno y los dos átomos electronegativos asociados a él forman casi una línea recta. Cada molécula de agua puede formar hasta cuatro puentes de hidrógeno con sus vecinas.

Hay otras dos propiedades del agua que se relacionan  con sus característicos puentes de hidrógeno:

ü  El calor específico: es la cantidad de calor necesario para elevar 1°C la temperatura de 1 gramo de la sustancia. Se requiere una cantidad relativamente grande de calor para aumentar la temperatura del agua porque cada molécula de agua participa en varios puentes de hidrógeno que deben romperse para que aumente la energía cinética de las moléculas de agua. La abundancia de agua en las células y tejidos de todos los grandes organismos multicelulares evidencia que las fluctuaciones de temperatura dentro de las células que se minimizan. Esta propiedad tiene importancia biológica crítica ya que las velocidades de la mayor parte de las reacciones bioquímicas son sensibles a la temperatura.

ü  El calor de evaporación del agua también es bastante mayor que el de varios otros líquidos. Se requiere una gran cantidad de calor para convertir el agua de líquido a gas porque deben romperse los puentes de hidrógeno para permitir que se disocien las moléculas de agua, una de otra, para entrar a la fase gaseosa. Ya que la evaporación  del agua absorbe tanto calor, la sudación es un mecanismo efectivo para hacer descender la temperatura corporal.

Las propiedades físicas del agua se combinan para hacerla un excelente solvente. El agua posee una viscosidad intrínseca que no impide mucho el movimiento de las moléculas disueltas en ella. El pequeño tamaño de las moléculas de agua determina que muchas de ellas puedan asociarse con partículas de soluto y hacerlas más solubles.

El agua puede interactuar y disolver otros compuestos polares y compuestos que se ionizan. Las moléculas que se pueden disociar y formar iones se llaman electrólitos. Las sustancias que se disuelven con facilidad en agua se llaman hidrofílicas.  Los electrólitos no son las únicas sustancias hidrofílicas que son solubles en agua. Toda molécula polar también exhibirá una tendencia a solvatarse por moléculas de agua. Además, la solubilidad de muchas moléculas orgánicas aumenta por la formación de puentes de hidrógeno con las moléculas de agua. Al aumentar la cantidad de grupos polares en una molécula orgánica, se incrementa su solubilidad en el agua.

En las células vivas, las membranas permeables al agua separan al citosol del medio externo. Las composiciones de las soluciones intracelulares son bastante distintas de las soluciones extracelulares, y unos compuestos se concentran más y otros menos dentro de las células. La concentración de los solutos dentro de las células son mucho mayores que sus concentraciones en el ambiente acuoso fuera de la célula. Las moléculas de agua tienden a atravesar la membrana celular para entrar en la célula y diluir la solución en el interior de ésta. Las células recurren a varias estrategias para evitar que la presión osmótica se vuelva tan grande que las haga explotar.

Los hidrocarburos y otras sustancias no polares presentan una solubilidad muy baja en agua porque las moléculas de agua interactúan entre sí y no con molécula no polares. Se dice que las moléculas no polares son hidrofóbicas y a este efecto de exclusión de sustancias no polares por parte del agua se llama efecto hidrofóbico, este es crítico para para el plegamiento de las proteínas y el autoensamblaje de las membrana biológicas.

Las moléculas de agua pueden reaccionar con moléculas biológicas. El átomo de oxígeno, rico en electrones (Nucleófilo), determina gran parte de la reactividad del agua en las reacciones químicas. Las sustancias ricas en electrones se les llama nucleófilos y con deficiencia de ellos electrófilos.

Bajo condiciones celulares, las macromoléculas no se hidrolizan espontáneamente, a pesar de la presencia de altas concentraciones de agua, así que estas reacciones con moléculas de agua son catalizadas por enzimas específicas.

Por lo tanto el agua juega un papel vital en la biología pues se encuentra en grandes porcentajes dentro de los organismos y por tanto su existencia es de suma importancia.