x
. m
m
El agua o
e .c
t en Ciencias
u Matus Ortega
Autor: Maestro
Bioquímicasg
. Genaro
w
w
w
Autor: Maestro en Ciencias Bioquímicas Genaro Matus Ortega
genaromatus@excite.com, genaro_matus@hotmail.com

Introducción
x
•
. m
El Agua es el compuesto químico más abundante en los seres vivos. Puede
representar entre el 65 y el 95 % del peso total en la gran mayoría de las diferentes
•
células, tejidos y órganos.
om
La mayor parte de los organismos contiene alrededor de un 75 % de su peso total
en agua.
•
. c
Un ser humano promedio de 70 kilos de peso, contiene entre el 60 o el 70% de su
peso en agua, es decir, contiene ¡ 42 o hasta 49 kg de agua!.
t e
u
Estructuración de los Bioelem entos en una Célula
representativa 0.1 %
.
Orgánica
(CHONSP) g
29.9% Materia
Minerales X
(Ca, Na, K,
Mg, etc.)
w
w 70 % Agua
w (H y O)

El agua en el cuerpo humano
x
Tejido: Proporción de agua
Tejido
. m
Distribución
m
en el cuerpo (%):
en el tejido (%): Músculo 50.8
Pulpa dentaria 0.2
o
Esqueleto 12.5
Esmalte dentario 10 Piel 6.6
c
Esqueleto 22 Sangre 4.7
.
Tejido adiposo 30 Tracto gastrointestinal 3.2
Tejido conjuntivo 50 Hígado 2.8
e
elástico Cerebro 2.7
t
Piel 71 Pulmones 2.4
Hígado 71.4 Tejido adiposo 2.3
u
Cerebro 73.33 Riñones 0.6
Páncreas 73.68 Bazo 0.4
g
Músculo esquelético 76 Resto 11
.
Corazón 78 Total: 100
Tracto gastrointestinal 79.07
Sangre 79
Tejido conjuntivo
Riñones
w
80
80
w
Bazo 83.74
Pulmones 83.74
w

El agua en el cuerpo humano
x
. m
m
Embrión Proporción de
(meses): agua
en el embrión
c o
1
(%):
97
e.
2
3
96
94
u t
g
4 92
5
6
87.5
85 .
7
w83
8
Recién nacido w 81
75
w

El agua en el cuerpo humano
x
. m
om
Edad (años): Proporción
total (%):
.c
30-39
40-49
64
60
t e
50-59
60-69
58
55
g u
70-79 53
.
80-89
90-99 w52
51
w
w

La contaminación del agua
x
•
Principales contaminantes:
Aguas residuales y desperdicios . m
domésticos. contienen en su
mayor parte materia orgánica en
om
descomposición y que son
arrojados a los ríos, lagos, lagunas
.c
•
y mares.
Aguas y contaminantes de origen
t e
industrial. principal causa de
contaminación de las aguas
g u
• Contaminación de . origen
w
agrícola. plaguicidas, funguicidas
w
y fertilizantes que se acumulan en
los ríos, lagos y mantos freáticos.
•
principalmente. w
Petróleo. Ocasionado por accidentes,

La contaminación del agua
x
• La materia orgánica es
descompuesta sin embargo, . m
esta purificación natural tiene
un límite:
om
.c
• Si se aumenta la proporción de
desperdicios orgánicos el
t e
oxígeno de las agua se agota y
gran parte delos micro-
g u
organismos
.
purificadores
w
muere, por lo que y el agua se
torna sucia, maloliente y se
w
convierte en un foco de
infección.
w

La contaminación del agua
x
• Los detergentes son los agentes
. m
contaminantes más nocivos para
la vida acuática; un solo gramo
de detergente basta para
om
inutilizar mil gramos de agua
.c
para usos domésticos y hacerla
impropia para el desarrollo de
t e
g
pues impiden el intercambio deu
los peces y las plantas acuáticas,
oxígeno entre las
. capas
w
superficiales de agua y el aire
atmosférico.
• Recordarlas
w mezclas
w
heterogéneas agua-aceite.

La contaminación del agua
x
• Los fertilizantes y agroquímicos
disueltos en el agua, favorecen . m
el crecimiento desmedido de
los microorganismos que
om
afectan las poblaciones de
plantas y peces, provocando
.c
“pestilencia” y turbidez en las
aguas. t e
g u
.
w
w
w

La contaminación del agua
x
• Dentro de los contaminantes de
origen industrial se encuentra gran . m
cantidad de compuestos como el
hollín, que cubre las plantas terrestres
om
y acuáticas por lo que se reduce el
oxígeno liberado por la fotosíntesis. . c
t e
g u
• Otras sustancias como sales de plomo,
cadmio y mercurio se disuelven en el
.
agua, y pueden ser acumuladas por
w
los organismos que las han absorbido;
y cuando los animales consumimos
w
los vegetales contaminados, sufrimos
w
disfunciones digestivas, nerviosas y
renales.

La contaminación del agua
x
. m
• Las sales de plomo provienen de
la fabricación de pinturas, de
om
acumuladores, de tetraetilo de
plomo, y gran variedad de
. c
plásticos
polietileno.
y derivados del
t e
• El cadmio es desechado por
g u fábricas de recubrimientos
metálicos, plásticos y plaguicidas y
. causa daños en el aparato
digestivo y en los riñones,
w descalcifica los huesos, lesiona la
w médula ósea.
w • En el caso del mercurio, se ha
asociado a la aparición de cáncer y
lesiones cerebrales.

La estructura química del agua
x
. m
Las propiedades del agua y de
sus productos de ionización (H+
y OH–) influyen en las
om
propiedades y arreglos
estructurales de componentes
.c
celulares como las enzimas, las
proteínas (globulares y
t e
estructurales), los ácidos
nucleicos, los agregados
g u
lipídicos, etc.
.
w
Todas las propiedades son
resultado de la estructura
w
química de las moléculas de
agua:
w

La estructura química del agua
x
Al tener los átomos de oxígeno y de . m
hidrógeno diferentes valores de
electronegatividad (2.1 y 3.5
respectivamente) los electrones del enlace,
om
involucrados en la formación del orbital
molecular son atraídos con mayor fuerza
. c
hacia el oxígeno, lo que conduce a:
t e
 La formación de un enlace polar en
u
donde quedan expuestos los núcleos de los
hidrógenos.
g

.
 El enlace O-H tiene un 33 % de
w
electrovalencia o carácter iónico, lo cual se
w
ve relejado en el momento dipolar de la
molécula que asciende a 1.85 debyes (1.85
w
unidades electrostáticas por ángstrom).

La estructura química del agua
x
. m
om
. c
t e
g u
.
w
w
Sólo dos de los seis electrones de los orbitales más externos del oxígeno intervienen en los enlaces covalentes
con los hidrógenos y los cuatro electrones restantes quedan en pares no enlazados.
w
Los pares de electrones libres son importantes, pues pueden generar fuerzas de interacción electrostáticas
(como los puentes de hidrógeno) con iones o con partículas polares.

Los puentes de hidrógeno
x
• Este tipo de interacción intermolecular es
muy débil si se le compara con los
. m
m
enlaces covalentes, pero tiene gran
fuerza y menor longitud de enlace si se
o
compara con las fuerzas van der Waals.
• Para su formación requiere de la
generación de dos momentos dipolares
(al igual que las fuerzas de van der
.c
Waals), pero durante el establecimiento
de los puentes de hidrógeno ocurre una
compartición de un par de electrones
t e
aportados por un solo átomo (fenómeno
similar a lo que ocurre en los enlaces
covalentes coordinados).
g u
• Además, los puentes de hidrógeno al
igual que los enlaces covalentes (y a.
w
diferencia de las fuerzas de van der
Waals) presentan direccionalidad de
w
enlace, es decir, el átomo donador de
electrones tiende siempre a orientarse
hacia la posición del átomo que exhibe el
w
hidrógeno desnudo.

La naturaleza fisicoquímica del agua
x
• Wilhelm Conrad Roetgen en 1862 propone que el agua es “un líquido asociado”.
. m
• ¡No existe agua en la forma de H2O, sino nH3O!
om
. c
t e
g u
.
En 1957 Frank y Wen, propusieron un “efecto de cooperatividad en la formación de los puentes de
hidrógeno” de tal manera que:
w
w
Cuando se establece la formación de uno de ellos, se favorece la formación de varios otros.
w
Cuando en un agregado de moléculas de agua se rompe alguno de los puentes, se desmorona el racimo
o copo de agua y las moléculas se separan rápidamente.

El hielo es menos denso ¿Y qué?
x
. m
Temperatura
(° C):
Densidad
agua
del
om
0
(g / cm3):
0.99987
.c
2
4
0.99997
1.00000
t e
6
8
g u
0.99997
0.99988
10
15
.
0.99973
0.99910
20
30 w 0.99823
0.99568
40
w 0.99225
w

Estados de agregación del agua
x
. m
om
.c
t e
g u
.
w
w
w

En el agua se propaga rápido una corriente eléctrica
x
. m
om
.c
t e
g u
.
w
w
w

Se explica con el salto de protones
x
. m
om
.c
t e
g u
.
w
w
w

La tensión superficial del agua
x
. m
om
.c
t e
g u
.
w
w
w

Tensión superficial del agua
x
. m
om
.c
e
Las fuerzas de
u t cohesión
intermoleculares
permiten la tensión
.g superficial de los
solventes líquidos.
w
w
w

La interfase agua-aire
x
. m
om
. c La clave está
en los puentes
t e de hidrógeno.
Hay un efecto
g u sinérgico,
cooperativo
. en las redes.
w
w
w
Además, la evaporación absorbe energía e impide que se eleve nuestra temperatura

El agua como agente termo-regulador
x
. m
om
. c
t e
g u
.
w
w
w ¡Qué rico es sudar!

Para las chicas…
x
. m
om
.c
t e
g u
.
w
w
w

Un termo-regulador local y global
x
Sustancia: Calor latente de . m
Agua
vaporización (cal
/g)
539.6
om
Etanol 216.5
.c
e
Benceno 94.4
Ácido acético
Acetato de etilo
Tetracloruro de
94.4
88.1
46.4
u t
carbono
. g
w
w
w

El agua como solvente natural
x
. m
om
.c
t e
g u
.
w
w
w

x
. m
om
.c
t e
g u
.
w
w
w

El agua como solvente natural
x
. m
om
.c
t e
g u
.
w
w
w

El medio celular
x
. m
om
.c
t e
g u
.
w
w
w

La presión osmótica
x
. m
om
. c
t e
g u
.
w
Presión osmótica = p = i MRT
w
donde
w
p es la presión osmótica medida en atmósferas;
i es elfactor de van’t Hoff que refleja la ionización de los solutos;
M es la molaridad de la solución (número de moles / litro de solvente);
R es la constante de los gases (0.082 L atm / K mol);
T es la temperatura medida en K.

Ósmosis
x
T1 T2
. mT1 T2
Presión osmótica
om
. c
Flujo de agua a través Equilibrio de la presión
t
de la membrana
semipermeable e osmótica a ambos lados de
la membrana
g u
.
Presión de turgencia en
w T1 T2 T1 T2
plantas y organismos
con pared celular. w
w

Soluciones hipo e hipertónicas
x Hipertónica
. m
• Cuando dos soluciones tienen
diferente presión osmótica,
se dice que la más om
concentrada es hipertónica
.c
respecto a la más diluida y
que esta última es hipotónica t e
respecto a la
g u
más
concentrada.
.
w
• Cuando una solución tiene la
w
misma osmolaridad que la
isotónica. w
sangre, se dice que es
Hipotónica

• Si se ponen eritrocitos en una solución
hipertónica, los eritrocitos se deshidratan en un
fenómeno llamado crenación. x
• Si se ponen en una solución hipotónica, los
eritrocitos se llenan de agua y eventualmente . m
se rompen –se hemolizan-.
om
• En una solución isotónica, los eritrocitos
conservan sus propiedades y su forma.
. c
•
t e
En algunas enfermedades como la desnutrición
o mal funcionamiento renal, la presión
u
osmótica es menor y se produce edema.
g
•
.
En biología tenemos membranas que son
semipermeables o selectivamente permeables,
w
es decir, sólo permiten el paso de algunos
solutos o sólo del disolvente.
w
•
w
El movimiento de iones o moléculas pequeñas
a través de membranas selectivamente
permeables se llama diálisis.

La presión osmótica
x
. m
om
.c
t e
g u
.
w
w
w

Concentración de metabolitos
x
. m
om
.c
t e
g u
.
w
w
w