ies s.corpacci miraflores prof. d. novaira · 2020. 5. 15. · ies s.corpacci miraflores prof. d....
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IES S.CORPACCI MIRAFLORES Prof. D. Novaira
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Tecnicatura superior en enfermería
Quimica y bioquimica
¿Cómo están estimados estudiantes? Espero que a pesar de todo estén pasándola de lo
mejor posible,
En esta oportunidad nos convoca la quinta etapa de la modalidad Virtual y tiene como nombre
“ El Agua” y apunta a abordar el análisis del concepto en un sentido amplio, desde la
comprensión de las bases de la geometría molecular a la complejidad de las propiedades
químicas que dotan de tanta peculiaridad a esta sustancia. Por último se intenta dar
explicación a la enorme importancia que tiene la sustancia para posibilitar la vida y las
eventual apraricion deenfermedades asociadas al consumode agua.
Encontraran además del documento de lectura obligatoria una secuencia de actividades, otros
materiales que pueden utilizar para ampliar la información. La guía recomendada “el agua”
permite construir conocimientos que son esenciales para la comprensión de las diversas y
complejas reacciones que tienen lugar al interior de las complejas estructuras biológicas. Los
invito a recorrerla.
RECUERDEN QUE DEBEN ENTREGAR LA ACTIVIDAD EN EL EMAIL:
Les recuerdo que estoy pendiente ante consultas que necesiten en este medio o por WS.
Como siempre les dejo un gran abrazo y sigan haciendo que el COVID 19 se mantenga lejos.
Actividades:
1- Describe con tus palabras cuales la estructura de la molécula, realiza los gráficos que
consideres necesarios
2- Enumera las propiedades físico químicas del agua
3- Desde el sentido medico investiga que enfermedades se asocian al no consumo de agua o
bien al consumo de agua contaminada
4- Describe en un grafico las propiedades biológicas del agua.
5- Investiga que diferencias existen en la estructura del agua oxigenada y describe a partir de
ellas las propiedades que tiene para uso medico.
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https://www.youtube.com/watch?v=wEKnOqNQ4SY
material de lectura complementario: https://www.ucm.es/data/cont/docs/458-2013-07-24-
Carbajal-Gonzalez-2012-ISBN-978-84-00-09572-7.pdf
Material de lectura obligatorio
El agua
La vida, en la forma en que la conocemos, depende para su existencia de la presencia de agua, y
ella constituye la mayor parte la composición de los seres vivos.
Pero el porcentaje de agua no es el mismo en todos los vivos. Atendiendo a las especies, el
contenido oscila en relación a las partes duras o esqueléticas que presenta el organismo.
El porcentaje de agua varía también en función de la edad del organismo; en el caso del ser
humano, cuyo contenido medio, 63 %, tiene en la niñez un 78 %, y en la ancianidad ese contenido
baja a un 60 %.
La variación más importante en el contenido en agua de los seres vivos está en función de la
actividad biológica que desarrollan las células. Así, las esporas y semillas, que están en estado
latente, con escasísima actividad metabólica, contienen un 10 % agua; el tejido óseo de un adulto
tiene un 22 % de agua, y el tejido nervioso, que presenta una gran actividad biológica, tiene un
alto contenido en agua.
El agua se distribuye en el organismo en medios intracelulares e intercelulares, o en fluidos
circulantes como sangre y la linfa.
Se puede obtener el agua directamente del medio ambiente (agua exógena) o generarla a partir
de otras moléculas mediante diferentes reacciones bioquímicas (agua endógena o metabólica).
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1.2.1. Estructura.
La molécula del agua está formada por dos átomos de hidrógeno unidos a un átomo de oxígeno
mediante sendos enlaces covalentes polares.
Molécula de agua
A pesar de ser eléctricamente neutra (su carga total es cero) la molécula de agua es dipolar, ya
que posee una región electropositiva y otra electronegativa. Esto es debido a que el átomo de
oxígeno al ser más electronegativo que el átomo de hidrógeno, atrae con más fuerza a los
electrones compartidos de cada enlace. Por tanto, el enlace O-H está polarizado, apareciendo una
densidad de carga negativa (-) en el oxígeno y una densidad de carga positiva (+) en el hidrógeno,
mostrándose como un dipolo permanente cuyo polo negativo apunta al átomo de oxígeno y cuyo
polo positivo se encuentra sobre la bisectriz del ángulo formado por los enlaces O-H.
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Estructura de la molécula de agua
La geometría triangular que posee la molécula de agua, de manera que los átomos de hidrógeno
forman respecto al oxigeno un ángulo de 104,5º es consecuencia de que el oxigeno tiene cuatro
electrones más sin compartir.
La estructura dipolar de la molécula de agua hace que éstas puedan atraerse entre sí, porque el
oxígeno de una molécula puede interaccionar con el hidrógeno de otra estableciendo lo que se
denomina enlace o puente de hidrógeno, que es una interacción débil en comparación con un
enlace covalente o iónico, pero que tiene una energía mayor que otras interacciones débiles entre
átomos.
Una molécula de agua puede llegar a formar hasta cuatro puentes de hidrógeno con otras
moléculas, por lo que en el agua líquida se forma una extensa red o malla mantenida por estos
enlaces, que están continuamente formándose y rompiéndose pues la duración de estos enlaces
es menor de una millonésima de segundo. Pero cuando el agua se congela, estos enlaces se hacen
permanentes, y el agua adquiere una estructura cristalina fija que ocupa un mayor volumen que la
malla oscilante del agua líquida y por eso la densidad del hielo es menor que la del agua líquida.
Asociación de moléculas de agua mediante puentes de hidrógeno
Cuando esta estructura se mantiene formando esta especie de red o retículo es porque se ha
hecho hielo.
1.2.2. Propiedades físico-químicas.
La estructura de la molécula de agua determina en gran medida su idoneidad para la vida. Entre
las propiedades del agua se pueden citar:
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Elevado calor específico (capacidad de almacenar energía calorífica para un aumento
determinado de la temperatura, equivalente a 1000 cal/ºC/l), ya que los enlaces de
hidrógeno son abundantes.
Elevado calor de vaporización: A 100°C se necesitan 540 calorías para elevar en un grado la
temperatura de un gramo de agua de modo que supere el punto de ebullición y se
convierta en vapor.
En estado líquido de 0 a 100 grados que permite un amplio margen para distintas formas
de vida.
Gran cohesión entre sus moléculas que hacen que el agua sea casi incompresible.
Su polaridad y su constante dieléctrica (tendencia a disminuir las atracciones interiónicas),
que provoca la separación de los compuestos iónicos en iones individuales rodeados por
moléculas de agua (solvatados).
La constante dieléctrica del agua facilita su acción disolvente al debilitar las uniones iónicas entre
las sales como el cloruro sódico.
Comportamiento anómalo por debajo de 4 °C, esto determina la formación de una
estructura estable de las moléculas del agua al separarse y mantenerse unidas mediante
enlaces de hidrógeno. A la temperatura de solidificación del agua, O °C, se forma una
especie de retículo espacial, con lo que disminuye su densidad y hace que el hielo flote
sobre el agua líquida y proteja a los organismos acuáticos.
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Elevada tensión superficial: a causa de la unión entre las moléculas del agua forman una
película que impide el hundimiento de algunos objetos, como, por ejemplo, los seres vivos
que caminan sobre el agua.
Tensión superficial
Bajo grado de ionización. El producto iónico del agua a 25 grados es:
[H+] [OH-] =1x10-14; el pequeño volumen del átomo de hidrógeno y su atracción por el oxígeno
dificulta la ionización.
1.2.3. Funciones biológicas.
Las propiedades del agua, que dependen de la estructura de su molécula, determinan el papel
fundamental del agua en los seres vivos. Entre sus funciones destacaremos:
Gran capacidad disolvente para sustancias polares como ácidos, bases y sales y para las
sustancias orgánicas que presentan una acusada polaridad como los glúcidos. Las
sustancias solubles en agua se denominan hidrofílicas, mientras que las moléculas
insolubles en agua, como las grasas, se llaman hidrofóbicas. Hay sustancias constituidas
por grupos hidrofílicos y grupos hidrofóbicos, a estas moléculas se llaman anfipáticas.
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El agua actúa como amortiguador térmico . Los enlaces de hidrógeno entre las moléculas
del agua tienden a dificultar su movimiento, de modo que para una determinada cantidad
de calor la temperatura del agua sube o baja muy lentamente; esto tiene suma
importancia para los seres que viven en el agua y en general para todas las células, pues se
impiden cambios bruscos de temperatura en el medio celular y extracelular, aunque se
produzca un cambio apreciable en su entorno. El elevado calor específico del agua y su
elevado calor de vaporización (el sudor y las esencias resultan refrescantes al evaporarse)
permiten a los seres vivos tener una temperatura interna constante y que se lleven a cabo
muchas de las reacciones orgánicas que tienen lugar en un corto intervalo de
temperatura.
Actúa como transportador de sustancias tanto alimenticias como de desecho, dentro del
organismo y entre éste y su medio; conviene destacar la función transportadora del agua
como componente mayoritario de la savia en las metafitas y de los fluidos como linfa y
sangre de los metazoos.
Aporta flexibilidad y elasticidada los seres vivos, a la vez que actúa
como lubricante amortiguando el roce entre los órganos (recordar la importancia del
líquido sinovial en las articulaciones}.
Favorece la circulación y la turgencia en los seres vivos a causa de la capilaridad, que
facilita el ascenso de los líquidos por tubos muy finos y superficies próximas, y
la imbibición al absorber agua e hincharse ciertas sustancias. Los fenómenos de
capilaridad tienen vital importancia en el ascenso de la savia por los tubos conductores de
las plantas y en el inicio de la germinación de las semillas.
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Debido a que las fuerzas de atracción entre las moléculas de agua y el vidrio son mayores que las
de las moléculas de agua entre sí, el líquido asciende por las paredes del capilar.
Facilita la estabilidad del pH en el medio orgánico, dado su bajo grado de ionización al
mantener un equilibrio químico dinámico porque se contrarrestan la tendencia a ionizarse
las moléculas del agua con la tendencia a reunirse:
2H2O « H3O+ + OH-
Elagua interviene en muchas reacciones metabólicas fundamentales como la hidrólisis, la
fotosíntesis y la respiración. Se puede afirmar que muchas de las propiedades biológicas
de macromoléculas celulares, como proteínas y ácidos nucleicos, se deben a sus
interacciones con las moléculas del agua presente en el medio que las rodea.
En el siguiente cuadro podemos ver de forma resumida las funciones biológicas del agua y su
relación con las propiedades:
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1.2.4. Disoluciones acuosas de sales minerales.
En los seres vivos el estado líquido está constituido por dispersiones de muchos tipos de
moléculas dispersas o solutos y un solo tipo de fase dispersante o disolvente, que es el agua.
Los solutos pueden ser de bajo peso molecular (se denominan cristaloides) como, por ejemplo, el
cloruro sódico (PM = 58,5) y la glucosa (PM = 180); o pueden ser de elevado peso molecular del
orden de varios miles (se denominan coloides), como, por ejemplo, las proteínas de tipo albúmina
(PM entre 30.000 y 100.000). Las dispersiones de solutos de bajo peso molecular se
denominan disoluciones verdaderas o simplemente disoluciones, y las de elevado peso molecular
se denominandispersionescoloidales.
Existen también dispersiones coloidales hidrófobas, en las que las partículas dispersas no son
afines al agua; pero estas dispersiones no son estables, sino que las partículas dispersas tienden a
reunirse y formar una fase separada del agua. Las dispersiones hidrófobas pueden estabilizarse
formando las llamadas emulsiones cuando actúan sustancias que impiden la unión entre
partículas dispersas. Así están presentes las grasas en la leche, y son algunas proteínas las que
estabilizan la emulsión.
En las disoluciones, las sales minerales solubles en agua, se encuentran disociadas en sus iones y
forman parte de los medios internos intracelulares y extracelulares.
- Los iones con carga negativa o aniones más frecuentes en la materia viva son: los cloruros (Cl-),
los fosfatos (PO43-), losfosfatos monoácidos (HPO4
2-), los carbonatos (CO3 2-),
los bicarbonatos (HCO3-) y los nitratos (NO3
-).
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- Los iones con carga positiva o cationes más abundantes en la materia viva son: el sodio (Na+),
el calcio (Ca2+), el magnesio(Mg2+), el hierro (Fe2+ y Fe3+) y el potasio (K+).
Las sales minerales hidrosolubles, a través de sus iones, cumplen diversas funciones de
tipo general, colaborando en el mantenimiento de la homeostasis o equilibrio del medio interno,
o de tipo específico, que dependen del sistema biológico en el que se encuentran. Además pueden
asociarse con otras moléculas orgánicas, como lípidos, proteínas o glúcidos.
Algunas funciones de las sales solubles son:
· Regulación del equilibrio ácido-base.
Elagua pura posee la capacidad de disociarse en iones, lo que hace que en realidad sea una
mezcla de tres especies: agua molecular (H2O), protones hidratados (H3O+) e iones hidroxilo (OH-).
2 H2O « H3O+ + OH-
Esta disociación es muy débil en el agua pura, y el producto iónico a 25° C es:
Kw = [H+] [OH-]= 1,0 x 10-14
Este producto iónico es constante, lo cual significa que un incremento en la concentración de uno
de los iones supondría una disminución en la concentración del otro, para mantener constante el
producto mencionado.
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Como en el agua pura la concentración de hidrogeniones y de hidroxilos es la misma, eso significa
que la concentración de hidrogeniones es de 1,0 x 10-7.
Cuando el agua contiene cualquier sustancia disuelta, puede alterarse la concentración de
hidrogeniones, y entonces se utilizan los términos de acidez y alcalinidad. Una disolución acuosa
es ácida cuando la concentración de hidrogeniones es mayor de 1,0 x 10-7; es alcalina cuando la
concentración de hidrogeniones es menor de 1,0 x 10-7, y es neutra cuando la concentración de
hidrogeniones es 1,0 x 10-7.
Para simplificar los cálculos y las notaciones, Sorënsen ideó expresar dichas concentraciones
utilizando logaritmos, y así definió el pH como el logaritmo cambiado de signo de la concentración
de hidrogeniones. Según esto:
-disolución neutra: pH = 7
-disolución ácida: pH < 7
-disolución alcalina o básica: pH > 7
Escala del pH de algunos fluidos biológicos y algunas sustancias no biológicas.
En general, hay que decir que la vida se desarrolla a valores de pH próximos a la neutralidad.
En los organismos es conveniente que el pH de sus fluidos no cambie bruscamente, pues eso
podría ocasionar el cambio de estructura de muchas biomoléculas o la alteración de muchas
reacciones químicas. Para ello, en las soluciones acuosas de los seres vivos están presentes los
llamados sistemas tampón o amortiguadores de pH.
Dichos sistemas se basan en las propiedades de los ácidos débiles, o sea, ácidos que no se disocian
totalmente, de manera que a un intervalo de pH determinado actúan como dadores o aceptores
de hidrogeniones sin que cambie apenas el pH del medio.
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Entre los tampones más comunes en los seres vivos, podemos citar el tampón bicarbonato y
el tampón fosfato.
El tampón bicarbonato es común en los líquidos intercelulares. Mantienen el pH en valores
próximos a 7,4 gracias al equilibrio entre el ión bicarbonato y el ácido carbónico, que a su vez se
disocia en dióxido de carbono y agua:
HCO3- + H+ « H2CO3 « CO2 + H2O
Si aumenta la concentración de hidrogeniones en el medio por cualquier proceso químico, el
equilibrio se desplaza a la derecha, y se elimina al exterior del organismo el exceso de dióxido de
carbono producido. Si por el contrario disminuye la concentración de hidrogeniones del medio, el
equilibrio se desplaza a la izquierda, para lo cual se toma dióxido de carbono del medio exterior.
El tampón fosfato se encuentra en los líquidos intracelulares, y mantiene el pH en torno a 6,86
debido al equilibrio entre los fosfatos monobásico y dibásico:
HPO42- + H+ « H2PO4
-
En la figura se aprecia como varía el pH de una disolución de un ácido débil cuando se le añade
una base (OH-). Se observa que existe una zona donde el pH del sistema varía poco cuando se le
añaden cantidades de OH- y H+. En ello se basa el funcionamiento de los amortiguadores del pH o
tampones
· Regulación de fenómenos osmóticos.
Las sales minerales en disolución son las principales causantes de uno de los fenómenos
fisicoquímicos de mayor importancia biológica: la aparición de presiones osmóticas. Entendemos
por ósmosis el paso de un disolvente a través de una membrana semipermeable que separa dos
disoluciones de distinta concentración, lo que tiende a igualar ambas disoluciones.
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Las membranas celulares pueden considerarse semipermeables. Si comparamos dos
disoluciones, éstas pueden ser entre sí isotónicas si poseen la misma concentración
o anisotónicas si las concentraciones son diferentes, una es hipotónica y otra hipertónica.
Elagua pasará de los medios hipotónicos a los hipertónicos, ejerciendo una presión sobre la
membrana llamada presión osmótica.
Elfenómeno de la ósmosis puede provocar intercambios de agua entre el interior y el exterior de la
célula. Si el medio externo es hipertónico la célula pierde agua, se contrae, pero el resultado es
distinto según se trate de células animales o vegetales. Las células animales se contraen; en la
vegetales, al contraerse, se despega la membrana plasmática de la pared, lo que provoca la rotura
de la célula o plasmolisis.
Si, por el contrario, el medio externo es hipotónico, el agua entra en la célula, ésta se hincha, y el
resultado varía también con el tipo de célula. Las células animales estallan, sufren plasmolisis;
mientras que las vegetales y bacterianas no se rompen al estar rodeadas por una pared rígida, sino
que presentan turgencia. De este modo, las sales disueltas son responsables de los intercambios
hídricos de las células con el medio extracelular.
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Todos los seres vivos, sean acuáticos o terrestres, están obligados a la osmorregulación o
regulación de la presión osmótica. Muchos de ellos han conseguido sobrevivir en medios
hipotónicos o hipertónicos mediante mecanismos físicos o químicos que evitan los cambios de
presión osmótica en su medio interno.
· Difusión.
Es la repartición homogénea de las partículas de un fluido (gas o líquido) en el seno de otro, al
ponerlo en contacto. Este proceso se debe al constante movimiento en que se encuentran las
partículas de líquidos y gases. La absorción o disolución del oxígeno en el agua es un ejemplo de
difusión.
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Esquema del mecanismo de difusión en las células
· Mantener el grado de salinidad en los organismos.
Las concentraciones iónicas de sales minerales se mantienen constantes, dentro de unos ciertos
límites, en los distintos organismos. En un mismo organismo las concentraciones pueden variar de
unos compartimentos a otros; por ejemplo, en el interior celular la concentración salina varía
considerablemente con respecto al plasma sanguíneo. Asimismo, existen diferencias importantes
en las concentraciones de unos organismos a otros.
· Regular la actividad enzimática.
La presencia de determinados iones activa o inhibe reacciones bioquímicas, asociándose a la
sustancia reaccionante o a las enzimas.
· Generar potenciales eléctricos.
Los iones que se encuentran en el interior de las células no son los mismos que los del medio
externo; por esto, a ambos lados de la membrana existe una diferencia de cargas eléctricas. Esta
irregular distribución de iones provoca la existencia de unpotencial de membrana que ejerce una
fuerza sobre cualquier molécula con carga eléctrica.
Además de las sales disueltas en los seres vivos, existen sales minerales insolubles que se
encuentran en estado sólido, son las llamadas sales minerales precipitadas que forman los
huesos del esqueleto, los caparazones de CaCO3 en moluscos, de sílice en algas diatomeas,
protozoos y en tallos vegetales; también constituyen productos de excreción como el oxalato de
calcio en vegetales y los cálculos renales en animales.
Cuando las partículas dispersas o solutos tienen un elevado peso molecular su tamaño está
comprendido entre 10-5 cm. y 10-7 cm. se habla de dispersiones coloidales, formadas
principalmente por sustancias orgánicas, como las proteínas, los ácidos nucleicos, lípidos y los
polisacáridos .Las dispersiones coloidales concentradas reciben el nombre de geles, y las diluidas
se llaman soles.
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La mayoría de los líquidos de los seres vivos son dispersiones coloidales de ahí que sea importante
ver algunas de sus propiedades:
· Efecto Tyndall
Aunque las dispersiones coloidales son transparentes, cuando se iluminan lateralmente sobre un
fondo oscuro se observa cierta turbidez, ya que las partículas coloidales, debido a su tamaño,
difunden la luz.
· Movimiento browniano
El estado líquido de la fase dispersante implica el continuo movimiento de sus componentes
moleculares. Este movimiento, arbitrario y desordenado, es característico de las partículas
coloidales, al ser desplazadas por las moléculas de la fase dispersante. El movimiento browniano
ayuda a que las partículas coloidales se mantengan suspendidas en el medio sin sedimentar.
Gracias al efecto Tyndall, este movimiento es observable con el microscopio.
· Sedimentación
Las partículas coloidales se mantienen en suspensión, pero es posible
su sedimentación (floculación) cuando se someten a un fuerte campo gravitatorio.
La ultracentrifugación de una dispersión coloidal permite el depósito de las partículas, cuya masa
molecular puede averiguarse valorando el tiempo que tardan en sedimentar y el número de
revoluciones alcanzado por la ultracentrífuga.
· Elevada viscosidad
La viscosidad es la resistencia de un fluido al movimiento de las moléculas que lo integran. Las
dispersiones coloidales son muy viscosas, al contener moléculas de gran tamaño, y su viscosidad
se incrementa a medida que aumenta la masa molecular o el número de partículas coloidales. Los
coloides en estado de gel son más viscosos que los que presentan estado de sol.
· Elevada adsorción
La adsorción es la capacidad de atracción que ejerce la superficie de un sólido sobre las moléculas
de un líquido o un gas. Las partículas coloidales tienen un gran poder adsorbente sobre otras
moléculas presentes en las dispersiones, lo que facilita la verificación de reacciones químicas.
· Diálisis
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Es el proceso de separación de las moléculas que integran una dispersión coloidal en función de su
tamaño a través de una membrana semipermeable. Esta membrana permite el paso de moléculas
de pequeño tamaño (sales minerales, iones) y de agua e impide el de las macromoléculas o
partículas coloidales. La membrana celular actúa como una membrana de diálisis que permite el
intercambio de sustancias entre el interior y el exterior celular e impide la salida de las
macromoléculas que quedan en el interior.
La hemodiálisis es el tratamiento empleado para depurar la sangre en casos de insuficiencia renal
crónica mediante el uso de un filtro o hemodializador y un líquido de diálisis generado por un
riñón artificial. Las membranas utilizadas permiten el paso de moléculas de pequeño tamaño
presentes en la sangre al líquido de diálisis. De este modo se reducen los niveles de agua, sales
minerales o urea sanguínea, que no pueden ser excretados por el riñón enfermo en cantidad
suficiente.
· Electroforesis
Es el transporte de las partículas coloidales gracias a la acción de un campo eléctrico a través de un
gel. Generalmente se utiliza para separar las distintas proteínas que se extraen juntas en un tejido.
La velocidad es mayor cuanto más alta sea su carga eléctrica global y cuanto menor sea su tamaño
(peso molecular). Se suelen utilizar geles de almidón o de poliacrilamida.
En resumen, las dispersiones coloidales se diferencian de las disoluciones verdaderas en que
las partículas de estas últimas no forman geles, su viscosidad es en general baja, no son
adsorbentes, son ópticamente vacías, no sedimentan por ultracentrifugación y no se pueden
separar los solutos por electroforesis.
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