TEMA 3. GUIÓN.

EL AGUA EN LOS SERES VIVOS.

(1 sesión)

1.- CONTENIDO EN AGUA DE LOS SERES VIVOS. Porcentaje de agua en distintos seres vivos, haciendo hincapié en el bajo contenido hídrico de órganos poco activos metabólicamente o en estado latente y cómo la hidratación restablece el metabolismo en el segundo caso. 2.- PROPIEDADES DEL AGUA E IMPORTANCIA BIOLÓGICA. - Carácter dipolar. - Importancia como disolvente. - Propiedades térmicas del agua. - Otras propiedades de interés biológico.

1.- CONTENIDO EN AGUA DE LOS SERES VIVOS.

Desde un punto de vista cuantitativo, el agua es el principal componente de los seres vivos ya que su cuerpo contiene un elevado porcentaje de la misma que oscila entre el 55 y el 98% del peso total del organismo. Este porcentaje varia con la edad del organismo; así, la proporción de agua es mayor cuanto más joven es un individuo y disminuye a medida que envejece. Contenido en agua en diferentes:

SERES VIVOS. Hombre........65% Medusa........96% Caracol.......80% Insecto.......72% Algas.........98% Hongos........91% Zanahorias....87% Alfalfa.......75% Líquenes......55%

EDADES EN EL HOMBRE Feto 3 Recién Hombre Hombre

meses.......94% nacido......70% joven.......65% anciano.....55-60%

En animales, la cantidad de agua también varia en función del órgano estudiado, sacando como conclusión que los tejidos más activos metabólicamente son los que contienen una mayor cantidad de agua, mientras que otros órganos, como las formaciones esqueléticas (órganos poco activos metabólicamente), tienen porcentajes más pequeños.

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Contenido en agua en diferentes:

ÓRGANOS Cerebro.......85% Sangre........79% Músculos......75% Hígado........70% Cartílagos....55% Huesos........22% Dientes.......10% En los vegetales, destaca el bajo contenido en agua de las semillas con respecto al resto de productos que se muestran en la tabla. Esto es debido a que en las semillas, la actividad metabólica del ser vivo es muy reducida, encontrándose en el llamado estado de "vida latente" que concluye cuando, tras hidratación, se restablece el contenido elevado de agua y, con él, el metabolismo activo (germinación del trigo, por ejemplo, en medios húmedos). Alfalfa.............75% Líquenes............55% Patatas.............78% Granos trigo........11% Semillas garbanzos..11% Semillas guisantes..11% Granos de arroz.....10% El contenido en agua de un organismo maduro no puede experimentar grandes variaciones, sobre todo en seres pluricelulares, pues en los unicelulares cabe la posibilidad de una reducción con el enquistamiento y el paso a "vida latente" ya citado para las semillas. La deshidratación del 10%, podría resultar de efectos funestos para el organismo. Es por esta razón que se puede permanecer sin comer alimentos sólidos más de un mes y, en cambio, sin agua sólo se sobrevive unos días. Cabe recordar en este punto, que el agua es el medio de reacción por excelencia en los seres vivos y, sin ella, se anularían las reacciones metabólicas y, por tanto, la vida (no habría energía, cuyo aporte continuo es indispensable para el mantenimiento de las funciones celulares). Sin embargo, los seres vivos están continuamente perdiendo agua debido a que se encuentran en un medio seco, la atmósfera, por lo que se hace necesaria la renovación de la misma. Dicho aporte se debe a tres fuentes principales:  El agua y otros líquidos que la contienen, que ingresan en el organismo.  El agua de constitución de los alimentos sólidos.  La que se forma en el interior de los propios seres vivos como consecuencia de las diversas reacciones propias del metabolismo (así, el camello puede resistir grandes períodos de tiempo sin beber, al emplear el agua que se libera en las reacciones del metabolismo de las grasas almacenadas en su joroba). La eliminación de agua se efectúa por la orina, respiración (en forma de vapor de agua), sudor, heces, lágrimas,... etc.

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2.- PROPIEDADES DEL AGUA DE INTERÉS BIOLÓGICO. El agua esperar si se SO2, el CO2, hidruros: NH3,

a temperatura ambiente es líquida, al contrario de lo que cabría considera que otras moléculas de parecido peso molecular como el el NO2 u otras de similares características químicas, como los CH4, H2S, H2Se, H2Te....., son gases.

NATURALEZA DIPOLAR DEL AGUA.- Este comportamiento físico se debe a que, en la molécula de agua, el núcleo del oxígeno tiene una mayor atracción por los electrones compartidos que los hidrógenos, y aquellos están desplazados hacia el átomo de oxígeno. Por ello, en la molécula, aparece un polo negativo (donde hay mayor densidad electrónica) y un polo positivo (donde hay menor densidad electrónica). Las moléculas de agua son, pues, dipolos. Entre las moléculas de agua se establecen fuerzas de atracción llamadas puentes de hidrógeno, formándose grupos de 3, 4 y hasta 8 ó 9 moléculas de agua. Estos pequeños polímeros de agua coexisten con moléculas aisladas que rellenan los huecos. Estas agrupaciones duran fracciones de segundo (10 -10 a 10-21 seg.), pero de este modo se alcanzan pesos moleculares elevados y el agua se comporta como un líquido. En el resto de compuestos similares al agua anteriormente citados, no se establecen estos enlaces o, si lo hacen, son de carácter mucho más débil, como es el caso del NH3, por lo que se comportan como gases a temperatura ambiente.

CALOR ESPECÍFICO (cal/gr ºC) Cantidad de calor que hay que aportar a un gr. de una sustancia para elevar su temperatura 1ºC.

Agua...........1 Benceno........0,430 Etanol.........0,160 Boro...........0,310 Grafito........0,160 Manganeso......0,121 Petróleo.......0,500 Silicio........0,180 Vidrio.........0,170

CONSTANTE DIELÉCTRICA (ξ) Inversa de la fuerza con que se atraerían en determinado medio dos cargas unidad, separadas entre sí una unidad de distancia. En el vacío, el valor es de: ξ0=1/4πx9x109.

Agua...........81 Parafina........2 Benceno.........2,3 Ebonita.........3 Vidrio..........5 Mica............7 Nitrobenceno...36

CALOR LATENTE DE VAPORIZACIÓN (Kcal/kg) Cantidad de calor que hay que aportar a 1 Kg de una sustancia para que pase del estado líquido al gaseoso.

Agua......................574 Benceno...................109 Etanol....................236,5 Amoniaco..................309 Anhídrido carbónico........56,2 Anhídrido sulfuroso........96 Éter.......................94 Sulfuro de carbono.........90

TENSIÓN SUPERFICIAL (dinas/cm).

Trabajo que es preciso realizar para aumentar la superficie de un líquido en una unidad (a 200ºC y en contacto con aire).

Agua.......................73,05 Acetato de etilo...........23,9 Ácido fórmico..............37,6 Ácido oléico...............32,5 Ácido sulfúrico............55,1 Alcohol metílico...........22,61 Fenol......................40,9 Glicerol...................63,4 N-Hexano...................18,43

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GRAN DISOLVENTE.- Esta propiedad está relacionada con el elevado valor de la constante dieléctrica del agua.  Respecto a las sustancias inorgánicas: - Muchas sales cristalizadas y otros muchos compuestos iónicos se disuelven con facilidad en el agua, mientras que son casi insolubles en los líquidos no polares como benceno o cloroformo. Puesto que la red cristalina de las sales, por ejemplo, el NaCl, se mantiene unida por fuertes atracciones electrostáticas entre iones positivos y negativos alternantes, se necesita una energía considerable para separar dichos iones entre si. El agua disuelve, no obstante, el NaCl cristalizado, gracias a las fuertes atracciones electrostáticas entre los dipolos de agua y los iones Na+ y Cl-, que forman los iones hidratados correspondientes, muy estables, y superan con ello la tendencia de los iones Na+ y Cl- a atraerse mutuamente.  Respecto a las sustancias orgánicas: - Un primer tipo de sustancias que se disuelven en el agua con facilidad, comprende compuestos no iónicos pero de carácter polar, tales como: azucares, alcoholes sencillos, aldehídos y cetonas. Su solubilidad se debe a la tendencia del agua a establecer puentes de hidrógeno con los grupos polares que poseen, como los OH de los azúcares y alcoholes y el átomo de oxígeno de los carbonilos de aldehídos y cetonas. - En segundo lugar, las sustancias anfipáticas, que poseen a la vez grupos hidrófilos e hidrófobos, son dispersadas por el agua. Por ejemplo, un ácido graso de cadena larga, forma unos agregados denominados micelas, en las que los grupos carboxilo polares están en contacto con el medio acuoso, mientras que las cadenas hidrocarbonadas, insolubles, no polares, se ocultan de ese medio. La interacción hidrofóbica hace referencia a la asociación de las zonas hidrofóbicas de estas moléculas anfipáticas. - Por último, encontramos las sustancias orgánicas insolubles en el agua, como son los hidrocarburos de cadena larga.

totalmente

ELEVADO CALOR ESPECÍFICO.- El calor específico es la cantidad de calor que hay que aportar a un gramo de sustancia para elevar su temperatura en un grado centígrado. En el caso del agua es una caloría o, referido a un litro, mil calorías. Cuando se calienta el agua, parte de la energía se utiliza para romper los puentes de hidrógeno en lugar de para elevar la temperatura, lo que supone que, importantes incrementos o disminuciones de temperatura, únicamente producirán pequeñas variaciones en el medio acuoso. Esta propiedad la convierte en un buen amortiguador frente a cambios bruscos en la temperatura, lo que ayuda a mantener constante la misma en el cuerpo de los animales homeotermos. ELEVADO CALOR DE VAPORIZACIÓN.- El calor de vaporización es la cantidad de energía requerida para evaporar un mol o una unidad de masa de un líquido a presión y temperatura constantes, es decir, vendría a indicarnos la cantidad de energía que es necesaria para superar las fuerzas de atracción entre las moléculas adyacentes de un líquido de modo que dichas moléculas puedan separarse unas de otras y pasar el compuesto al estado gaseoso. En el caso del agua es de 574 Kcal/kg. Dado que los puentes de hidrógeno deben romperse para pasar al estado gaseoso, el calor de vaporización del agua es más elevado que el de otros muchos líquidos, lo que permite a los seres vivos disminuir la temperatura por medio del aumento de la evaporación superficial del agua en los pulmones o la piel, en caso de elevación de la temperatura del cuerpo.

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ELEVADO PUNTO DE FUSIÓN.- Cuando se congela el agua, sus átomos alcanzan una estructura más estable, por ellos se requiere más energía para romperla y el punto de fusión es elevado. Esta característica, analizada bajo otro prisma, supone que la congelación de los seres vivos es más lenta, lo cual es favorable para ellos. BUEN DISTRIBUIDOR DE TEMPERATURAS.- Debido a la agitación que produce en las moléculas, cuando una zona determinada se calienta, y a producción de las corrientes de convección que esto trae consigo, el agua convierte en un buen distribuidor de temperaturas (efecto que se ve aumentado hay movilidad del agua como, por ejemplo, en la sangre).

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VEHÍCULO DE SUSTANCIAS.- El agua también actúa como vehículo que permite la circulación de sustancias por el interior de los seres vivos, siendo imprescindible en el intercambio de las mismas con el exterior, a través de las membranas. De la misma forma, las reacciones químicas que tienen lugar en las células, ocurren en disolución, siendo el agua el medio en el que se producen las reacciones vitales. ELEVADA TENSIÓN SUPERFICIAL.- La tensión superficial es la fuerza que actúa sobre la superficie de un líquido, tendente a minimizar el área de dicha superficie. Vendría medida por el trabajo que es preciso realizar para aumentar la superficie de un líquido en una unidad y supone una energía potencial acumulada en la superficie líquida de modo análogo a la que se acumula en un resorte al aumentar su longitud realizando trabajo contra las fuerzas elásticas. El valor de dicha variable para el agua, es sólo superado por la del mercurio. Esto explicaría las deformaciones y cambios protoplasmáticos, así como la conservación o no de la forma por cambios de la tensión superficial (debido a la mayor o menor concentración de sustancias disueltas en el agua). También explicaría el mecanismo de ascensión de la savia bruta por los vasos leñosos, debido a la capilaridad. BAJO GRADO DE IONIZACIÓN.- Sólo una molécula de cada 551 millones se encuentra ionizada (hay pocos iones H3O+ y OH-) por lo que el agua pura no conduce la electricidad. No obstante, en los seres vivos siempre se encuentra con sales disueltas, por lo que sí conduce realmente la electricidad. Así, es capaz de transmitir la electricidad que atraviesa un aparato eléctrico (de ahí el peligro de manejar estos aparatos con las manos mojadas). EN ESTADO SÓLIDO, EL AGUA ES MENOS DENSA QUE EN ESTADO LÍQUIDO.- La densidad del agua aumenta a medida que desciende la temperatura

hasta alcanzar el valor máximo a 4ºC, produciéndose un descenso de la misma en el intervalo comprendido entre 4ºC y 0ºC. A menos de 0ºC, se produce la cristalización del agua al transformarse en hielo, quedando retenidas entre los cristales, pequeñas burbujas de aire que disminuyen la densidad del mismo. Debido a este comportamiento anómalo, el hielo flota sobre el agua. Esta propiedad permite la vida acuática en zonas frías. En caso contrario, los lagos y ríos se helarían totalmente derritiéndose en verano sólo la parte superior de los mismos (recordemos que cuando se introduce una botella llena de agua en el congelador, se produce su rotura debido al aumento de volumen que produce la congelación).

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Por tanto, como consecuencia de las propiedades antedichas, el agua realiza una serie de funciones en los seres vivos, algunas de las cuales ya se han citado:  Disolvente.  Medio de reacción, actuando en ocasiones ella misma como reactivo.  Medio ionizante, provocando la disociación de los llamados electrólitos débiles debido a su elevada constante dieléctrica.  Regulador de temperatura por su elevado calor específico y su calor de vaporización. (ej. sudor).  Vehículo de transporte de sustancias disueltas.- El elevado grado de cohesión interna del agua líquida, a causa de la existencia de los puentes de hidrógeno, es explotado por las plantas superiores para el transporte de los elementos nutritivos en disolución, desde las raíces hasta las hojas, gracias al proceso de transpiración.  Actúa como lubricante.- Esto es debido a sus propiedades de fluido y se podría citar como ejemplo el caso de las articulaciones de los Vertebrados que poseen unas bolsas de líquido sinovial que evitan el roce de los huesos entre sí, o los contactos entre órganos, como los del hígado con el diafragma o el estómago con el páncreas. Los sentidos del gusto y del olfato dependen también de este medio.  Como funciones estructurales: 1º) Da flexibilidad y elasticidad a los seres vivos haciéndolos, además, incomprensibles. 2º) Comunica rigidez a los vegetales (sobre todo los jóvenes) haciéndolos más o menos turgentes.

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