Agua: Propiedades bioquímicas

0:00 en esta lección hablaremos sobre la bioquímica del agua desde las características fisicoquímicas de la molécula sus interacciones sus propiedades emergentes incluyendo el Por qué es un disolvente polar y una molécula capaz de auto ionizarse el agua es el componente más abundante del cuerpo humano pues constituye aproximadamente entre el 65 y 70% del peso en un individuo adulto las células contienen y están inmersas en el medio acuoso por lo que todos los procesos biológicos ocurren de manera relacionada esta molécula químicamente la molécula de agua está constituida por un átomo de oxígeno Unido mediante enlaces covalentes simples a dos átomos de hidrógeno debido a que el oxígeno es más electronegativo los electrones compartidos se encuentran más cerca del

0:45 núcleo del átomo del oxígeno y más alejados del hidrógeno los enlaces entre el oxígeno con los hidrógenos se encuentran formando un ángulo de 104.5 grados estas características le confieren a la molécula de agua la de tener cargas parciales con cargas parciales negativas en la región del oxígeno representado con Delta negativo y cargas parciales positivas en las de los hidrógenos representado con Delta positivo de tal manera que se considera la molécula del agua un compuesto polar específicamente con la presencia de dipolos las moléculas de agua tienen la capacidad de interaccionar entre sí al formar fuentes de hidrógeno los cuales son interacciones electrostáticas denotadas aquí por las líneas discontinuas entre un átomo electronegativo que en este caso sería

1:32 el oxígeno de una molécula de agua y un átomo de hidrógeno perteneciente a otra molécula el cual se encuentra unido covalentemente a otro elemento electronegativo teóricamente una molécula de agua puede formar estos puentes de hidrógeno con hasta 4 distintas moléculas pero en realidad los puentes de hidrógeno son inestables y se encuentran en constante formación y rompimiento por lo que en estado líquido se estima que una molécula de agua está enlazada en promedio con otras 3.4 moléculas en comparación la energía requerida para romper un puente de hidrógeno es 20 veces menor que aquella requerida para romper un enlace covalente oxígeno hidrógeno lo que se puede apreciar aquí en los valores expresados en kilojuls por Mall sin embargo esta propiedad de

2:18 formar múltiples fuentes de hidrógeno le confiera la molécula del agua una gran cuestión interna que se define como la atracción y tendencia que tienen las moléculas para mantenerse unidas entre Sí estas fuerzas cohesivas también son responsables de la atención superficial del agua que es la propiedad de su superficie a resistirse a la ruptura razón por la cual vemos la formación de gotas y de que se puedan posar pequeños objetos sobre el agua además sus cargas parciales le confieren la capacidad de adhesión que se define como la atracción que tiene el agua hacia objetos o superficies ya sea polares con cargas parciales o con cargas netas ya sean negativas o positivas por ejemplo la combinación de la cohesión adhesión y tensión superficial del agua se ven reflejados en el fenómeno de capilaridad que

3:05 simplificadamente podemos decir que es el movimiento ascendente o el flujo del agua en un espacio estrecho sin auxilio de fuerzas externas y pudiendo ser Incluso en contra de la gravedad esto es importante en los sistemas biológicos pues por ejemplo la acción capilar es esencial para el drenaje de líquido lagrimal producido continuamente del ojo la cohesión interna también le confiere al agua el tener un punto de fusión que es la temperatura en la que se congela de ebullición que es la temperatura en la que pasa de líquido a gas y calor de vaporización que es la cantidad de energía requerida para cambiar un gramo en una temperatura constante más elevado En comparación con disolventes comunes debido a su característica polar el agua

3:50 puede interaccionar con muchas sustancias como compuestos iónicos por ejemplo sales como el cloruro de sodio al disolverse en agua forman atracciones electrostáticas gracias a las fuerzas John dipolo al encontrarse como iones hidratados podemos observar como las cargas parciales negativas del agua dadas por la región del oxígeno interactúan con los iones de sodio que tienen carga neta positiva mientras que las cargas parciales positivas en las regiones del hidrógeno interactúan con los iones de cloro con carga negativa este tipo de interacciones incluye por supuesto a otros cationes orgánicos como potasio calcio y magnesio así como aniones inorgánicos tales como fosfatos y bicarbonato además otros compuestos presentes en biomoléculas tales como

4:37 aminas orgánicas y carboxilatos puede interaccionar con el agua debido a estos grupos funcionales ionizados presentes la formación de puentes de hidrógeno no es exclusiva de las moléculas del agua pues así mismo el agua puede formar estos enlaces con compuestos polares no iónicos es decir que no tienen una carga total o neta sino parcial tales como alcoholes gracias a la presencia de grupos funcionales hidroxilo y aldehídos y cetonas a través de la interacción con los carbonilos presentes en su estructura de tal manera que las sustancias hidrofílicas que etimológicamente se definen como sustancias afines al agua Son compuestos o moléculas que se disuelven fácilmente en ella por ejemplo azúcares como la glucosa y metabolitos como el lactato

5:24 que es la forma iónica del ácido láctico o el aminoácidos espartato que es la forma iónica del ácido aspártico son hidrofílicos porque tienen en su estructura grupos funcionales polares y o iónicos en contraparte las sustancias no polares o apolares Son compuestos que son o prácticamente insolubles en agua tales como hidrocarburos grasas y aceites por ejemplo el ácido oleico que forma parte de aceites vegetales como el aceite de oliva vitaminas y liposolubles como la vitamina a o retinol así como el colesterol y los treacilliceroles que forman parte de las grasas almacenadas en tejido adiposo son moléculas que no interaccionan favorablemente con el agua debido a que la mayoría de su estructura es apolar estos tienden a repeler o

6:12 evitar el contacto con el agua razón por la cual podemos observar la separación de las fases por ejemplo cuando se mezcla agua con aceite así también tenemos gases no polares como el oxígeno y el dióxido de carbono y que requieren de unirse o asociarse a moléculas o compuestos para poder estar o transportarse a través de fluidos como el torrente sanguíneo como el oxígeno uniéndose a la hemoglobina y a la hemoglobina o el dióxido de carbono que se asocia para formar ácido carbónico y posteriormente disociarse en forma de bicarbonato siendo así más asequible su transporte de tal manera que estos compuestos son considerados como hidrofóbicos y se disuelven mejor en solventes orgánicos no polares o poco polares los compuestos antipáticos son aquellos que poseen en

6:59 su estructura tanto grupos hidrofóbicos e hidrofílicos al mismo tiempo por lo que son considerados como moléculas ampifílicas o antipáticas tenemos como ejemplo aminoácidos como la fenilalanina que tiene su cadena lateral un anillo de benceno hidrofóbico así como grupos amino y ácido carboxílico los cuales son hidrofílicos o también la fosfatidilcolina que es un fosfolípido con dos cadenas de ácido graso y una cabeza polar donde podemos observar a un grupo fosfato y a una colina de tal manera que cuando entran en contacto con el agua estas moléculas antipáticas orientan los motivos hidrofílicos hacia la fase acuosa y la porción no polar lejos de ella así por ejemplo los fosfolípidos pueden formar espontáneamente estructuras como

7:46 micelas liposomas y bicapas con las cadenas de ácidos grasos hacia el interior formando interacciones hidrofóbicas y las terminales hidrofílicas orientadas hacia afuera interactuando con la fase acuosa lo que preserva la estabilidad de las estructuras el agua tiende a moverse desde una región donde haya mayor concentración de moléculas de agua hacia una donde haya menor cuando dos disoluciones acuosas están separadas por una membrana semipermeable que permiten pasar moléculas de agua pero no otras moléculas conocidas como soluto el agua se difundirá gracias a la presión osmótica la ósmosis se define como el movimiento del agua a través de una membrana semipermeable o permeable selectivamente desde la región donde haya mayor concentración de agua hacia

8:33 la región donde haya menor las células son más permeables al agua que a otras moléculas como iones moléculas que funcionarán en este caso como los solutos y los cambios en las concentraciones de estos afectan su estabilidad la tonicidad es la capacidad de un medio de cambiar el volumen de las células al modificar Su contenido de agua o lo que es lo mismo es la capacidad del medio extracelular para promover el flujo del agua por ósmosis ya sea hacia afuera o adentro de la célula cuando las células se encuentran en un medio isotónico es decir que exista aproximadamente similar concentración entre los solutos extracelulares y los intracelulares existe un equilibrio osmótico sin movimiento neto de agua una célula en una disolución hipertónica es donde

9:20 Existe mayor concentración de los solutos extracelulares lo que causará la salida de agua y por lo tanto las células se pueden contrariamente una célula en una disolución hipotónica es decir donde existe menor concentración de solutos extracelularmente causará la entrada de agua e hinchamiento de la célula lo que puede llevar a que la célula explote o selice Esto se debe a que el agua fluye a través de la membrana para igualar las molaridad entre dentro y fuera de las células en animales multicelulares el plasma sanguíneo y el fluido intersticial que es el fluido extracelular de los tejidos se mantiene los molaridad cercana a la del citosol proteínas plasmáticas como la albúmina y metabolitos contribuyen a las molaridad así como también las células bombean

10:06 activamente sodio y otros iones para permanecer en equilibrio osmótico con su medio el agua es una molécula que puede auto ionizarse espontáneamente formando iones de hidrógeno o también conocidos Como protones por la presencia de esta carga positiva y iones hidroxilo con carga negativa este fenómeno es reversible y además poco frecuente en condiciones ideales es decir en agua pura a 25 grados centígrados de tal manera que se considera el agua un mal conductor de la electricidad por la escasa generación de estas formaciones iónicas aunque esta es la forma clásica en que se representa este fenómeno la realidad es que las especies formadas son producto de la reacción entre dos moléculas de agua donde se da la transferencia de este protón para formar

10:52 un hidrogenion y el hidroxilo este fenómeno también suele conocerse como el salto del protón esto también implica que el agua es una sustancia anfótera es decir que puede comportarse como un ácido debido a la liberación de este protón o hidrogenion o como una base debido a la liberación del hidroxilo veremos más adelante Cuáles son las implicaciones de este comportamiento del agua incluyendo su relación con el producto iónico del agua y de la escala de ph en resumen en esta lección hemos descrito las propiedades fisicoquímicas del agua incluyendo el porque es una molécula polar que puede formar Fuentes hidrógeno y que tiene una gran cuestión interna además de su capacidad de adhesión y tensión superficial que hemos descrito al agua como solvente y Cuál es la relación que guarda con las

11:38 sustancias hidrofílicas hidrofóbicas y anfipáticas describimos de manera general que es la ósmosis Y cómo esto afecta a la tonicidad celular incluyendo que es un medio isotónico hipotónico e hipertónico para finalmente empezar a describir el fenómeno de autoionización del agua y como esto Explica el Por qué es una sustancia anfótera que se comporta como ácido o base