Agua y Solutos en Biología

Study Notes

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.

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.

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.

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-).

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.

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.