CLASIFICACIONES FISICAS Y QUIMICAS DEL AGUA

1.2 PROPIEDADES DEL AGUA

El agua es la biomolécula más abundante, y también la más importante. La vida, tal como se conoce en el planeta Tierra, se desarrolla siempre en medio acuoso. Incluso en los seres no acuáticos el medio interno es esencialmente hídrico. De hecho, la búsqueda de vida en otros planetas está supeditada a la presencia de agua.

El agua reúne una serie de características que la convierten en un disolvente único e insustituible en la biosfera. Las podemos clasificar en:

PROPIEDADES FÍSICAS DEL AGUA

En cuanto a las propiedades físicas del agua, hay que destacar:

a) El amplio margen de temperaturas en que permanece en fase líquida (0-100º C)

b) La anómala variación de la densidad con la temperatura

c) Su elevada constante dieléctrica

d) Su carácter dipolar

e) Su calor específico y calor de vaporización elevados

PROPIEDADES QUÍMICAS DEL AGUA

Con respecto a las propiedades químicas del agua, hay que señalar:

Su gran capacidad de formación de enlaces de hidrógeno

Su capacidad de disociación

1.3 bioelementos: El análisis químico de la materia viva revela que los seres vivos están formados por una serie de elementos y compuestos químicos.
Los elementos químicos que forman parte de la materia viva se denominan bioelementos, que, en los seres vivos, forman biomoléculas, que podemos clasificar en:

• Inorgánicas
• Agua
• Sales minerales
• Algunos gases: O_2, CO_2, N_{2, ...}
• Orgánicas
• Glúcidos
• Lípidos
• Proteínas
• Ácidos Nucleicos

En cualquier ser vivo se pueden encontrar alrededor de setenta elementos químicos, pero no todos son indispensables ni comunes a todos los seres.

1.4 : En los seres vivos las funciones de los carbohidratos se pueden generalizar en:

a) energéticas (glucógeno en animales y almidón en vegetales, bacterias y hongos) La glucosa es un de los carbohidratos más sencillos comunes y abundantes; representa a la molécula combustible que satisface las demandas energéticas de la mayoría de los organismos.

b) de reserva: Los carbohidratos se almacenan en forma de  almidón en los vegetales (gramineas, leguminosas y tubérculos) y de glucógeno en los animales. Ambos polisacáridos pueden ser degradados a glucosa. 

c) compuestos estructurales (como la celulosa en vegetales, bacterias y hongos y la quitina en artrópodos): Los carbohidratos estructurales forman parte de las paredes celulares en los vegetales y les permiten  soportar cambios en la presión osmótica entre los espacios intra y extracelulares. Esta, es una de las sustancias naturales mas abundantes en el planeta. En las grandes plantas y en los árboles, la celulosa, estructura fibrosa construida de glucosa, cumple la doble función de carga y soporte. La celulosa es de origen vegetal principalmente, sin embargo algunos invertebrados tienen celulosa en sus cubiertas protectoras. El polisacárido estructural más abundante en los animales es la quitina.

En los procariontes forma la pared celular construida de azúcares complejos  como los péptidoglicanos y ácidos teicoicos. A las propiedades de esta estructura se le atribuyen muchas de las características de virulencia y antigenicidad. En algunos animales como los insectos los carbohidratos forman la quitina, el ácido condroitín sulfúrico y el ácido hialurónico, macromoléculas de sostén del aparato muscular.

d) precursores: Los carbohidratos son precursores de ciertos lípidos, proteínas y dos factores vitamínicos, el ácido ascórbico (vitamina C) y el inositol.

e) señales de reconocimiento (como la matriz extracelular): Los carbohidratos intervienen en complejos procesos de reconocimiento celular, en la aglutinación, coagulación y reconocimiento de hormonas.

1.5  La Celulosa es la principal componente de las paredes celulares de los árboles y otras plantas. Es una fibra vegetal que al ser observada en el microscopio es similar a un cabello humano, cuya longitud y espesor varía según el tipo de árbol o planta. Las fibras de algodón, por ejemplo, tienen una longitud de 20-25 mm., las de Pino 2-3 mm. y las de Eucalipto 0,6-0,8 mm.. De igual manera, el contenido de celulosa varía según el tipo de árbol o planta que se considere.

Desde el punto de vista bioquímico, la celulosa (C6H10O5)n con un valor mínimo de n = 200, es un polímero natural, constituido por una larga cadena de carbohidratos polisacáridos. La estructura de la celulosa se forma por la unión de moléculas de ß-glucosa a través de enlaces ß-1,4-glucosídico, lo que hace que sea insoluble en agua. La celulosa tiene una estructura lineal o fibrosa, en la que se establecen múltiples puentes de hidrógeno entre los grupos hidroxilo de distintas cadenas yuxtapuestas de glucosa, haciéndolas muy resistentes e insolubles al agua. De esta manera, se originan fibras compactas que constituyen la pared celular de las células vegetales, dándoles así la necesaria rigidez.

La quitina es uno de los componentes principales de las paredes celulares de los hongos, del resistente exoesqueleto de los artrópodos (arácnidos, crustáceos, insectos) y algunos otros animales (quetas de anélidos, perisarco de cnidarios). La primera persona que consiguió describir correctamente su estructura química fue Albert Hofmann.

La quitina es un polisacárido compuesto de unidades de N-acetilglucosamina (exactamente, N-acetil-D-glucos-2-amina). Éstas están unidas entre sí con enlaces β-1,4, de la misma forma que las unidades de glucosa componen la celulosa. Así, puede pensarse en la quitina como en celulosa con el grupo hidroxilo de cada monómero reemplazado por un grupo de acetilamina. Esto permite un incremento de los enlaces de hidrógeno con los polímeros adyacentes, dándole al material una mayor resistencia.

Es el segundo polímero natural más abundante después de la celulosa. Es usada como agente floculante para tratamiento de agua, como agente para curar heridas, como espesante y estabilizador en alimentos y medicamentos, como resina de intercambio iónico. Es altamente insoluble en agua y en solventes orgánicos debido a los enlaces de hidrógeno que presenta la molécula. La quitina se vuelve soluble en ácidos inorgánicos diluidos cuando pierde el acetilo del grupo acetilamino, convirtiéndose en quitosana.

Contrario a lo que generalmente se piensa, la quitina no forma parte de las conchas de los moluscos gasterópodos. Éstas están formadas por una combinación de nácar, conquiolina, aragonito y carbonato de calcio.

1.6 funciones de los lípidos: Los lípidos desarrollan, entre otras, las siguientes funciones en los seres vivos:

v  Función de reserva. Pueden acumularse en cantidades prácticamente ilimitadas, constituyendo una importante fuente de energía puesto que al oxigenarse desprenden más energía (9,4 Kilocalorías) que los glúcidos (4,1 Kilocalorías). La gran cantidad de energía que desprenden las grasas es debida en gran parte a la oxidación de los ácidos grasos en las mitocondrias. Si ingerimos más alimento de los que necesitamos, el exceso se acumula en las células adiposas en forma de grasas, que pueden ser reutilizados.

v  Función estructural. Forma parte de los sistemas de membrana de las células animales y vegetales. Las ceras desempeñan funciones de protección y revestimiento. Algunos lípidos actúan como aislantes térmicos o como amortiguadores de vísceras.

v  Función de transporte. Las lipoproteínas transportan aquellos lípidos que son poco solubles. Los ácidos biliares transportan las grasas y facilitan su degradación y posterior absorción.

v  Función catalítica. Derivados del colesterol, como las hormonas sexuales progesterona y estradiol, hormonas suprarrenales como la aldosterona y el cortisol y la vitamina D. Los pigmentos xantofilas y caroteno están implicados en la fotosíntesis, siendo algunos de sus derivados las vitaminas A y K.

1.7 el agua esta compuesta por un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno a su alrededor, unidos entre sí por un enlace de hidrógeno. El núcleo de oxígeno es más grande que el del hidrógeno, presentando mayor electronegatividad. Como los electrones tienen mayor carga negativa, la transacción de un átomo de oxígeno tiene una carga suficiente como para atraer a los de hidrógeno con carga opuesta, uniéndose así el hidrógeno y el agua en una estructura molecular polar.

Por otra parte, los lípidos son largas cadenas de hidrocarburos y pueden tomar ambas formas: cadenas alifáticas saturadas (un enlace simple entre diferentes enlaces de carbono) o insaturadas (unidos por enlaces dobles o triples). Esta estructura molecular es no polar.

Los enlaces polares son más energéticamente estables y viables, por eso es que las moléculas de agua muestran una clara afinidad por los demás. Pero por el contrario, las cadenas de hidrocarburos no son capaces de establecer un grado sustancial de afinidad con las moléculas de agua y entonces no se mezclan. Los lípidos son insolubles en agua porque no hay adhesión entre las moléculas de agua y la sustancia lipídica.

Dicho de otro modo y de forma más simple: los lípidos son insolubles en agua porque sus moléculas son no polares y entonces no son atraídas por las del agua.

1.8 Las proteínas tienen varias funciones en los seres vivos, tales como:

· Las proteínas ayudan a formar muchos de los rasgos estructurales del cuerpo incluyendo el pelo, las uñas, y los músculos. Las proteínas son el mayor componente estructural de las células y las membranas celulares.

· Ellas ayudan en el transporte de materiales a través de las membranas celulares. Un ejemplo sería la absorción de la glucosa desde el flujo sanguíneo a las células.  Regresaremos a discutir sobre esta habilidad importante cuando hablemos sobre la resistencia de las células cancerosas hacia los agentes quimoterapeúticos.

· Ellas actúan como catalistas biológicos. Un gran grupo de proteínas, conocidas como las enzimas, son capaces de acelerar procesos químicos necesarios para la función correcta de las células. Por ejemplo, existen enzimas que están involucradas en digerir nuestras comidas y hacer que los nutrientes de éstas estén disponibles.

· Las interacciones entre las células son muy importantes en el mantenimiento de la organización y función de las células y los órganos. Las proteínas son casi siempre responsables de mantener el contacto entre células vecinas y entre las células y su ambiente local. Un buen ejemplo serían las interacciones intercelulares que mantienen a nuestra piel junta. Estas interacciones son dependientes de las proteínas que unen a las células vecinas. Como veremos, cambios en estas interacciones son parte la causa del desarrollo metastático del cáncer.

· Las proteínas también funcionan para controlar la actividad celular, incluyendo las decisiones tomadas acerca de la división celular. Todas las células cancerosas tienen defectos en este tipo de proteínas. Regresaremos a hablar en detalle sobre este tipo de proteínas cuando tratemos sobre la regulación de la división celular.

· Varias hormonas, que son señales que viajan por el cuerpo para cambiar la actividad de las células y los órganos, están compuestas de proteínas. La ilustración debajo es la insulina, una hormona pequeña que regula la absorción de la glucosa del flujo sanguíneo.