I. AGUA, ELEMENTO VITAL

El agua es un elemento de la naturaleza, integrante de los ecosistemas naturales, fundamental para el sostenimiento y la reproducción de la vida en el planeta ya que constituye un factor indispensable para el desarrollo de los procesos biológicos que la hacen posible.

A. H2O: UNA DUPLA PERFECTA

El agua es un compuesto químico estable formado por la unión de dos elementos: Hidrógeno (H) y Oxígeno (O). Ambos existen separadamente en la naturaleza y son fundamentales para la creación y mantenimiento de muchos de los procesos de los que somos testigos cotidianamente desde que nacemos.

El Hidrógeno se constituye como el elemento más abundante del Universo. El Sol, que nos calienta diariamente y permite la vida en la Tierra, es un voraz consumidor de Hidrógeno, sin él no podría realizar la fusión nuclear, con las consecuencias terribles que esto tendría para nuestro planeta. (1)

El Oxígeno, por su parte, es uno de los elementos más importantes de la química orgánica, ya que participa de forma muy importante y “vital” en el ciclo energético de los seres vivos, es esencial en la respiración celular de los seres aeróbicos y en las últimas décadas ha tomado renombre en su unión “triatómica” (O3, Ozono), al proteger a la Tierra de los rayos ultravioletas procedentes del Sol. (2)

No obstante, a pesar de la importancia que estos elementos tienen por separado para la vida en la Tierra y la formación del Universo, la unión de dos átomos de Hidrogeno con un átomo de Oxígeno se convierte en una de las manifestaciones más prodigiosas, bellas y funcionales jamás observada, conocida por todos nosotros como agua.

El agua, que en condiciones normales es insípida, incolora e inodora (1), es una sustancia compuesta que forma parte indiscutible de nuestras vidas. Técnicamente todos nosotros somos agua, ya que el 70% de nuestro organismo está formado por ella. (3) La vida no sería posible sin el agua, al menos, la forma de vida que conocemos y nos rodea (2), tal es así que los astrónomos que se dedican a la búsqueda de vida extraterrestre toman como primer parámetro de vida la existencia de agua en alguno de los planetas observados.

B. IMPORTANCIA DEL AGUA

El agua es un componente esencial de todo ser vivo, siendo el disolvente general biológico. Se trata de una biomolécula de naturaleza inorgánica que representa el medio en el que ocurren la mayoría de las reacciones celulares del metabolismo, siendo la

sustancia más necesaria para la vida. (3) Los organismos vivos son por ello dependientes del agua para su existencia. Existe además una relación clara y directa entre el contenido de agua y la actividad fisiológica del organismo.

Posee una importancia cuantitativa ya que viene a representar el 75 % del cuerpo de los seres vivos. Esta proporción varía de unas especies a otras y de unos tejidos a otros. (3)

La importancia del agua para las células vivas refleja sus propiedades físicas y químicas, propiedades que radican en su estructura molecular.

El agua es el único compuesto que debido a sus propiedades físicas puede ser clasificado aparte de cualquier otro líquido. Todas estas características están involucradas directamente con la formación de puentes de hidrógeno, que son interacciones moleculares muy débiles pero en conjunto permiten formar estructuras moleculares muy complejas. (4)

Calor específico: Se define como la cantidad de energía calorífica necesaria para elevar la temperatura de 1 gramo de sustancia en 1ºC. Para el agua el valor es de 1cal/g, valor alto en comparación con otros líquidos. (4) Esto se puede entender como que el agua, absorbe más energía calorífica que la mayoría de las sustancias. La humedad de los bosques es definitiva para mantener con menores cambios de temperatura a dicho ecosistema, en comparación con lo que se observa en los desiertos. (2) En los mamíferos ayuda a mantener la temperatura homogénea del cuerpo, mediante el bombeo constante de sangre del corazón hasta los tejidos periféricos, ya que el componente más abundante de la sangre es el agua. (1)

Calor de vaporización: Es la energía gastada en la evaporación de 1 mol de un líquido en su punto de evaporación, representa la cantidad de energía cinética que requieren las moléculas en el estado líquido para vencer su mutua atracción y alejarse unas de otras, tal como ocurre en estado gaseoso. (5)

El calor de vaporización del agua es alto, por lo tanto, se minimizan las pérdidas de agua que pudieran ocurrir en los seres vivos debido a la evaporación, de manera que lo protege contra la deshidratación. Por otro lado, si la evaporación ocurre, provee de un eficiente sistema de enfriamiento, ya que la energía indispensable para la evaporación ‘la toma’ el agua de la superficie del ser vivo con lo que se aprecia una sensación de frescura. (3)

Tensión superficial: Es una fuerza de atracción que se manifiesta en la superficie de un líquido, debido a la atracción que sufren las moléculas de la superficie hacia

el seno del líquido. En un capilar, la capacidad de mojarlo y su fuerza adhesiva hacen que el agua suba por el capilar y, debido a la tensión superficial y viscosidad, las moléculas del seno ‘siguen’ a las de la superficie, este fenómeno se puede encontrar difundido en la naturaleza: en las raíces de las plantas, en los tallos, en la circulación de los líquidos de los animales. El agua puede ascender más de 1 00 m de altura en los árboles. (3)

Una gran porción de la membrana de cualquier célula la constituyen los lípidos, es factible que el paso de agua a través de las membranas celulares se realice en porciones que asemejan capilares de corta longitud. (3)

Constante dieléctrica: Propiedad de los disolventes de separar iones de cargas opuestas. El agua tiene uno de los valores de constante dieléctrica más elevado. El principal efecto como consecuencia de lo anterior, es que moléculas o partículas cargadas eléctricamente son fácilmente disociadas en presencia del agua. (4)

Esta observación es muy importante para los sistemas biológicos, pues la diferencia en los gradientes iónicos es la base energética y funcional de muchos procesos. (3)

Densidad: El agua líquida es más densa que el hielo a presión y temperatura estándar. Existe un cambio positivo en el volumen después del congelamiento, lo que ocasiona que el hielo flote. Si el hielo no flotara, la vida acuática en cuerpos de agua como lagos y en los polos terrestres, no existiría, pues se congelaría todo el cuerpo hasta la superficie, de hecho, la capa de hielo se convierte en un aislante térmico. (2)

El agua tiene los más altos puntos de ebullición y de fusión, así como la mayor viscosidad de todos los hidruros de elementos no metálicos. Estas propiedades características del agua son consecuencia de su cohesión interna muy elevada, las moléculas tienden a ‘agruparse’ debido a que forman una extensa red de puentes de hidrógeno. Cada molécula de agua puede formar puentes de hidrógeno con 4 moléculas de agua vecinas que se alcanzan en los cristales de hielo. Las moléculas de agua continuamente cambian su orientación geométrica y forman nuevos puentes de hidrógeno con otras moléculas vecinas. Esto sucede cada 1 0-12 s. (3)

Elevada capacidad de disolvente: Las moléculas de agua, debido a su carácter polar, tienden a disminuir las atracciones entre los iones de las sales y los

compuestos iónicos, facilitando su disociación en forma de aniones y cationes y rodeándolos por dipolos de agua que impiden su unión. Esta tendencia del agua a oponerse a las atracciones electrostáticas viene determinada por su elevada constante dieléctrica. (4)

Por lo tanto, el agua es el principal disolvente biológico, permite el transporte en el interior de los seres vivos y su intercambio con el medio externo, facilitando el aporte de sustancias nutritivas y la eliminación de productos de desecho. Además, constituye el medio en el que se realizan la mayoría de las reacciones bioquímicas. (3)

Elevada cohesión molecular: El hecho de ser un fluido dentro de un amplio margen de temperatura permite al agua dar volumen a las células, turgencia a las plantas e incluso actuar como esqueleto hidrostático en algunas animales invertebrados. También explica las deformaciones que sufren determinadas estructuras celulares, como el citoplasma y la función mecánica amortiguadora que ejerce en las articulaciones de los animales vertebrados, constituyendo el líquido sinovial que evita el contacto entre los huesos. (3)

Bajo grado de ionización: sólo una molécula de cada 551.000 de agua se encuentra ionizada:

Esto explica que la concentración de iones H3O+ y de los iones OH- sea muy baja, concretamente de 10-7 por litro, ([H3O+] = [OH-] = 10-7). Dado los bajos niveles de estos iones, si al agua se le añade un ácido o una base, aunque sea en poca cantidad, estos niveles varían bruscamente. (5) En los líquidos biológicos, sin embargo, y pese a estar constituidos por agua en su mayoría, la adición de ácidos o bases no varía apenas la concentración de iones H3O+ y OH-. Esto es debido a que los líquidos biológicos contienen sales minerales y moléculas orgánicas disueltas que pueden ionizarse en mayor o menor grado actuando como disoluciones amortiguadoras. Este efecto se denomina efecto tampón. (3)

BIBLIO:

1. Gutiérrez M.: Ecología: Salvemos el planeta Tierra. Editorial Limusa. México, 1992.

2. Calixto R., Herrera L., Hernández V.D.: Ecología y Medio Ambiente. Cengage Learning Latin America. México, 2008.

3. Becker W.M., Kleinsmith L.J., Hardin J.: El Mundo de la Célula. Pearson Educación. España, 2006.

4. Murray R.K., Mayes P.A., Granner D.K., Rodwell V.W.: Harper Bioquímica Ilustrada. Manual Moderno. México, 2004.

5. Campbell M.K., Farrel S.O.: Bioquímica. International Thomson Editores. México, 2004.