Todos los fenómenos bioquímicos están íntimamente relacionados con el agua debido a que las células son soluciones en donde el solvente es precisamente esa molécula. Por tanto, todas las características del agua, están directamente relacionadas con las propiedades estructura-función de las biomoléculas:
Características del agua
El agua tiene una de las constantes dieléctricas más elevadas.
Constante dieléctrica
para algunos compuestos
Compuesto
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Constante dieléctrica (e)
A 298 K
|
H2O
Metanol
Etanol
H2S
C6H6
CCl4
CH4
Aire
Mica
Poliestireno
|
78.5
32.6
24
9.3
2.2
2.2
1.7
1.00006
5.4
2.5
|
Tabla: valor de la constante dieléctrica para algunos líquidos.
El agua, por tanto, es uno de los solventes más polares que existen, esto se debe a la presencia de un átomo muy electronegativo, el Oxígeno, y dos muy poco electronegativos, los Hidrógenos en la molécula. La consecuencia de lo anterior, es que moléculas o partículas cargadas eléctricamente son fácilmente disociadas en presencia de agua. La ionización sucede por que las fuerzas coulómbicas entre las cargas opuestas son débiles y, por tanto, se rompen fácilmente. Estas fuerzas son proporcionales a q+q-/er2, en donde e es la constante dieléctrica, q+ y q- son la carga catiónica y aniónica respectivamente. Esta observación es muy importante para los sistemas biológicos pues la diferencia en los gradientes ionicos es la base energética y funcional de muchos procesos.
El agua posee una capacidad calorífica muy elevada, es necesaria una gran cantidad de calor para elevar su temperatura 1.0 °K. Para los sistemas biológicos esto es muy importante pues la temperatura celular se modifica muy poco como respuesta al metabolismo. De la misma forma, los organismos acuáticos, si el agua no poseyera esa cualidad, se verían muy afectados o no existirían.
El agua tiene un elevado calor de vaporización, al igual que otros líquidos capaces de hacer puentes de Hidrógeno como el etanol o el ácido acético, pero a diferencia de otros líquidos como el hexano que no los hacen
Compuesto
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Calor de vaporización
KJ mol-1
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H2O
Ácido acético
Etanol
Hexano
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40.7 a 273 K
41.7 a 391 K
40.5 a 351 K
31.9 a 341 K
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Tabla: valor del calor de vaporización para algunos líquidos.
Para los sistemas biológicos esta propiedad es muy importante pues gracias a ella es que se lleva a cabo eficientemente la respiración y sudoración.
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 estos cuerpos de agua se congelarían desde el fondo hacia la superficie, de hecho, lo contrario, la capa de hielo que se forma sobre estos cuerpos de agua, resulta en un aislante térmico.
El agua tiene una tensión superficial elevada, esto hace que en los procesos biológicos, se utilicen moléculas tipo detergente (anfifílicas) para modificarla. Los surfactantespulmonares por ejemplo, decrecen el trabajo necesario para abrir los espacios alveolares que permiten el intercambio gaseoso eficiente, la ausencia de estas substancias, ocasiona enfermedades severas y la muerte.
Debido a su constante de ionización, el agua posee una conductividad elevada. La conductividad de hielo es elevada, pero 103 veces menor que en el estado líquido. Debido a esta característica el agua participa activamente en la conducción de señales eléctricas en el sistema nervioso.
Muchas de las características que hacen al agua un líquido tan particular, se deben a su capacidad de hacer puentes de Hidrógeno.
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