Agua y Solutos en Biología

Agua y Solutos

• El agua es un componente esencial en los seres vivos y en el planeta, con una proporción variable.
• El agua es un disolvente biológico debido a su carácter dipolar, permitiendo la formación de enlaces de hidrógeno con moléculas polares.
• El agua participa en reacciones metabólicas, tiene una función estructural otorgando turgencia y rigidez a las células, una función mecánica actuando como lubricante y función transportadora.
• El agua también tiene una función termoreguladora, gracias a su alto calor específico y alta temperatura de vaporización, permitiendo la vida en climas fríos.
• En estado sólido, el agua es menos densa que en estado líquido.

Regulación del Volumen Celular

• La osmosis es el principio que iguala las concentraciones de dos medios separados por una membrana semipermeable a través del paso del agua.
• Las células pueden regular su volumen a través de la síntesis de solutos compatibles (solutos que no atraviesan la membrana), lo que promueve la captación de agua para mantener el equilibrio.
• La plasmólisis ocurre cuando las células se deshidratan en un medio hipertónico (mayor concentración de solutos).
• La hemólisis ocurre cuando las células se hinchan y revientan en un medio hipotónico (menor concentración de solutos).
• Este proceso no ocurre en células vegetales, debido a la presencia de la pared celular.

Regulación del pH

• El agua, en su estado neutro, tiene una baja tendencia a la ionización, generalmente se presenta como H3O+, H5O2+ y H7O3+.
• Un gradiente electroquímico es la diferencia de concentración de cargas entre dos medios separados por una membrana semipermeable.
• Estos gradientes permiten reacciones como el impulso nervioso o el transporte activo.

Sales Minerales

• Las sales se pueden clasificar según su solubilidad en agua.
• Las sales insolubles forman estructuras de sostén, como el carbonato cálcico (exoesqueletos), fosfato cálcico (endoesqueletos), fluoruro cálcico (dientes), sílice (en algunas plantas) y magnetita (en aves migratorias).
• Las sales solubles tienen un interés bioquímico mayor, actuando como cationes (Na+, K+, Mg2+, NH4+, Zn2+, Fe2+, Fe3+, Cu+, Cu2+ y Mn2+) o aniones (Cl-, CO3 2-, HCO3-, PO4 2-, PO4 H2-, PO4H2-, SO4 2-, NO3-, I- y SiO4 2-).

Regulación del pH Intracelular

• Una disolución tampón mantiene el pH estable al equilibrar un ácido débil con su base conjugada.
• El pK es la medida de la capacidad del ácido de ceder protones al medio.
• Un pK alto indica que se necesita un pH también alto para que la reacción tenga lugar.
• Un pK bajo indica que se necesita un pH bajo.
• El rango de pH de un tampón eficiente se encuentra entre una unidad por encima y por debajo de su pK.

Importancia Biológica del pH y su Regulación

• Cada enzima tiene un pH óptimo para su máxima actividad.
• Existen relaciones entre el pH del medio, la carga de las enzimas, su estructura y su actividad.
• La regulación del pH es crucial para las actividades enzimáticas, la producción de ATP y el movimiento.