UNEFM, Medicina, Morfofisiología I, Unidad I, El Agua

1. H2O
TEMA 2
Primera Parte

2. CONTENIDO
El Agua
Introducción.
Estructura del agua.
Funciones bioquímicas y fisiológicas del agua.
Propiedades del agua.
Electrolitos débiles y fuertes.
Fuentes de ingreso y egreso del agua al organismo.
Ionización del agua.

3. Introducción
El Agua: Una Extraña Molécula
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 la mayor parte de las formas vivas es agua.

4. Introducción
El Agua: Una Extraña Molécula
El Agua
El agua es una molécula con un extraño
comportamiento que la convierte en una
sustancia diferente a la mayoría de los líquidos,
tiende a reaccionar fácilmente y posee unas
extraordinarias propiedades físicas y
químicas que van a ser responsables de su
importancia biológica.

5. Introducción
El Agua: Una Extraña Molécula
El Agua
El objetivo principal que persigue el presente
tema es suministrar la información necesaria
acerca de la físico - química del agua para
iniciar al alumno en la comprensión de las bases
biológicas de la vida.

6. Estructura del agua
El Agua
La disposición tetraédrica del par de
electrones de valencia alrededor del oxígeno
determina un ángulo entre los enlaces
H-O-H aproximadamente de 104'5º,
además el oxígeno es más electronegativo
que el hidrógeno atrayendo con más fuerza
a los electrones de cada enlace.
La molécula de agua está
formada por dos átomos
de (H) unidos a un átomo
de (O) por medio de dos
enlaces covalentes.

7. Estructura del agua
- Continuación -
El Agua
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.

8. Estructura del agua
- Continuación -
El Agua
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.

9. Estructura del agua
- Continuación -
El Agua
Así se establecen interacciones dipolo-
dipolo entre las propias moléculas de agua,
formándose enlaces o puentes de
hidrógeno, donde 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.

10. Estructura del agua
- Continuación -
El Agua
Los puentes de hidrógeno tienen particular
importancia en la determinación de la
estructura y propiedades del agua.
Establecimiento de Puentes de Hidrógeno
entre dos moléculas de agua:

11. Estructura del agua
- Resumen -
El Agua
Aunque sólo contiene tres átomos, una molécula
de agua posee una estructura única que le
confiere propiedades extraordinarias. Entre
las más importantes se hallan:
1. Es una molécula asimétrica con un átomo de
O en un lado y dos átomos de H en el lado
opuesto.
2. Cada uno de los dos enlaces covalentes de la
molécula está altamente polarizado.
3. Los tres átomos de la molécula de agua
pueden formar puentes de hidrógeno.

12. Propiedades del agua – Acción Disolvente
El Agua
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.

13. Propiedades del agua – Acción Disolvente
- Continuación -
El Agua
Este tipo de
interacción es
conocida como
hidrofílica.
Entre éstas podemos encontrar:
alcoholes, azúcares con grupos R-OH ,
aminoácidos y proteínas con grupos que
presentan cargas + y - , lo que da lugar
a disoluciones moleculares.

14. Propiedades del agua – Acción Disolvente-
Continuación -
El Agua
También las moléculas de agua pueden disolver
a sustancias salinas que se disocian formando
disoluciones iónicas.

15. Propiedades del agua – Acción Disolvente-
Continuación -
El Agua
Gracias a su elevada constante dieléctrica,
en el caso de las disoluciones iónicas, 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.
El agua posee
una constante
dieléctrica ()
igual a 80 a
20 ºC

16. La capacidad disolvente es la
responsable de dos funciones
biológicas:
1. Medio donde ocurren las
reacciones del
metabolismo.
2. Sistemas de transporte.
Propiedades del agua – Acción Disolvente-
Continuación -
El Agua

17. Propiedades del agua – Cohesividad
El Agua
Cada molécula de agua puede formar enlaces
de hidrógeno hasta con otras cuatro
moléculas de agua, generando una red de
moléculas íntimamente interconectadas.

18. Propiedades del agua – Cohesividad
El Agua
Los puentes de hidrógeno mantienen las
moléculas de agua fuertemente unidas,
formando una estructura compacta que le
confiere una elevada tensión superficial, lo que
determina una alta cohesión entre las
moléculas de la superficie y facilita su función
como lubricante en las articulaciones.

19. Propiedades del agua – Cohesividad -
Continuación -
El Agua
La cohesión disminuye con la presencia
de ciertos compuestos denominados
tensoactivos (jabones), que facilitan la
mezcla y emulsión de grasas en el medio
acuoso.

20. Propiedades del agua – Inetracciones Hidrofóbicas
El Agua
El agua dispersa o solubiliza muchos
compuestos formando micelas que contienen
simultáneamente grupos fuertemente no
polares y grupos fuertemente polares. Tales
moléculas reciben el nombre de anfipáticas
(grasas). En el agua, los grupos apolares
tienden a asociarse, denominándole a estas
asociaciones interacciones hidrofóbicas.

21. Propiedades del agua – Capacidad Calórica
El Agua
Es la energía calórica requerida para
aumentar en 1º C la temperatura de una
cantidad definida de una sustancia. El
calor específico equivale a la capacidad
calórica por gramo, es decir, la cantidad
de calor necesario para aumentar en 1º C
la temperatura de un gramo de sustancia.
El calor específico del agua es 1 cal/g ºC.
Este alto calor específico ayuda a
mantener la temperatura corporal.

22. Electrolito – Definición
El Agua
Los solutos se clasifican en tres
categorías según la conductividad
eléctrica de sus soluciones acuosas;
como no electrolitos, electrolitos
débiles y electrolitos fuertes.
Las sustancias que se disuelven como
moléculas y que, en consecuencia,
dan soluciones no conductoras se
clasifican como no electrolitos.

23. Electrolito -
Continuación -
El Agua
Las sustancias que existen en solución acuosa
como una mezcla en equilibrio de iones y
moléculas reciben el nombre de electrolitos
débiles.
El agua es un electrolito débil, ya que libera
el mismo catión que los ácidos (H+) y el mismo
anión que las bases (OH-). Por tanto el agua es
una sustancia anfótera, es decir, puede actuar
como ácido o como base. El equilibrio de
disolución es: H2O = H+ + OH-

24. Electrolito
- Continuación -
El Agua
Los electrolitos fuertes existen casi
exclusivamente en forma de iones en
solución acuosa.
Se incluyen aquí todas las sales neutras,
por ejemplo, NaCl, así como las bases
fuertes NaOH, KOH, etc.

25. Funciones bioquímicas y fisiológicas del agua
El Agua
Las funciones bioquímicas y fisiológicas
del agua se basan en sus propiedades:
De tal manera el agua actúa como
componente estructural de
macromoléculas, proteínas,
polisacáridos, etc., al estabilizar sus
estructuras, fundamentalmente a través
de puentes de hidrógeno.

26. Funciones bioquímicas y fisiológicas del agua
- Continuación -
El Agua
Como disolvente universal de sustancias,
tanto iónicas como anfipáticas y polares
no iónicas, por lo que en ella se llevan a
cabo casi todas las reacciones
bioquímicas y el transporte de
sustancias en el organismo.
Su carácter termorregulador permite
conseguir un equilibrio de temperatura
en todo el cuerpo.

27. Fuentes de Ingreso y
Egreso del Agua Corporal
El Agua
Los ingresos
diarios en un
hombre con dieta
mixta y actividad
física moderada son
de 2,6 litros. De
ellos: 1,31 de la
bebida, 1 litro de
alimentos, y 0,3 de
agua metabólica.

28. Fuentes de Ingreso y Egreso del
Agua Corporal - Continuación -
El Agua
Las pérdidas son
otros 2,6 litros, de los
cuales: 1,41 de la
orina,1 por la
evaporación por piel y
pulmón y 0,21 de
pérdida fecal.
Este contenido se
mantiene constante
por el equilibrio entre
ingresos y pérdidas.

29. Distribución % del H2O en la Célula
- Continuación -
El Agua
1/3 del agua de
nuestro cuerpo se
encuentra en el
interior de las
células.
2/3 del agua de
nuestro cuerpo se
encuentra en el
exterior de las
células.

30. Contenido en agua de algunos tejidos
humanos
El Agua
Líq. cefalorraquídeo
Sangre (plasma)
Sangre (Gl. rojos)
Tej. nervioso (s.gris)
Tej. nervioso (Médula)
Tej. nervioso (s.blanca)
Músculo
Piel
Hígado
Tej. conjuntivo
Hueso (sin medula)
Tej. adiposo
99
91-93
60-65
85
75
70
75-80
72
70-75
60
20-25
10-20
Tejido % agua

31. Ionización del agua
El 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 o Hidrogeniones (H3O+),
•Iones hidroxilo (OH-).

32. Ionización del agua -
Continuación -
El Agua
En realidad esta disociación es muy débil en el
agua pura, y así el producto iónico del
agua a 25 ºC 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.

33. Ionización del agua -
Continuación -
El Agua
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,
pH = - log [H+]
Según ésto:
•disolución neutra pH = 7
•disolución ácida pH < 7
•disolución básica pH > 7

35. Estructura del agua – Enlace Covalente
El Agua
Nube de electrones
En un enlace covalente, los dos átomos
enlazados comparten electrones. Si los átomos
del enlace covalente son de elementos
diferentes, uno de ellos tiende a atraer a los
electrones compartidos con más fuerza, y los
electrones pasan más tiempo cerca de ese
átomo; a este enlace se le conoce como
covalente polar.

36. Estructura del agua – Enlace Covalente
El Agua
Cuando los átomos unidos por un enlace
covalente son iguales, ninguno de los átomos
atrae a los electrones compartidos con más
fuerza que el otro; este fenómeno recibe el
nombre de enlace covalente no polar o
apolar.
Nube de electrones

37. Estructura del agua – Electronegatividad
El Agua
Electronegatividad, capacidad de un átomo de un
elemento de atraer hacia sí los electrones
compartidos de su enlace covalente con un átomo
de otro elemento. La electronegatividad de un
átomo va a depender de dos factores:
1) El número de cargas positivas en su núcleo
(más protones, más electronegativo).
2) La distancia del núcleo a los electrones
externos (más cerca más electronegativo).