L'aigua i les sals minerals
L'aigua és el component més abundant de la matèria viva- entre el 65 i el 95% del pes de la majoria dels éssers vius, cosa gens estranya ja que cobreix les 2/3 parts de la superfície del planeta. Es presenta en els tres estats: líquida (mars , oceans , llacs i rius) , sòlida (glaceres i casquets polars) i en forma de vapor d'aigua (atmosfera) Tot i la seua abundància , l'aigua no és un compost químic corrent. L’aigua és una molècula simple i extranya, que podem considerar com el líquid de la vida. És una molècula amb un comportament molt particular que la fan diferent a la majoria dels líquids i, encara que sembla un líquid inert, manifesta una gran reaccionabilitat; les seues propietats físiques i químiques són les responsables de la seua importància biològica.
Estructura de l'aigua.
La molècula d'aigua està composta per un àtom d'oxigen unit covalentment amb dos àtoms d'hidrogen. La disposició tetraèdrica dels orbitals de l'oxigen determina un angle entre els enllaços H-O-H de 104,5º; a més, l'àtom d'oxigen és més electronegatiu que el d'hidrogen i atrau amb més força els electrons compartits de cada enllaç covalent. Tot això fa que aquesta molècula, tot i restar neutra, tinga un caràcter polar, com a conseqüència de la distribució asimètrica dels electrons compartits , atesa la diferent electronegativitat de l'àtom d'oxigen i hidrogen; al voltant de l'oxigen hi ha una densitat de càrrega elèctrica negativa d - (deguda a la densitat electrònica), mentre que els nuclis d'hidrogen resten nus , desproveïts parcialment dels seus electrons i manifesten, per tant, una densitat de càrrega positiva d -.
Fig. 1: Estructura de la molècula d’aigua
Aquest marcat caràcter dipolar que presenten les molècules d'aigua farà que interaccionen entre sí i amb altres molecules polars mitjanjant enllaços (ponts) d'hidrogen, un tipus d'enllaç feble. Tot i ser enllaços molt febles, el fet que al voltant de cada molècula d'aigua hi haja quatre molècules unides per ponts d'hidrogen permet l'establiment d'una estructura de tipus reticular, responsable del seu comportament anormal i de la peculiarietat de les seues propietats.
Fig.2: Pont d’hidrogen entre dues molècules d’aigua (veure l'animació)
Funcions biològiques de l'aigua
1. L'aigua com a dissolvent
L'aigua és el líquid que més substàncies dissol, i per això se li ha donat el qualificatiu de dissolvent universal. Aquesta acció dissolvent consisteix en la dispersió d'un solut (sòlid) en una fase dispersant (dissolvent) i és deguda a la seua capacitat per formar ponts d'hidrogen amb altres substàncies polars (grups -OH d'alcohols i sucres , grups -NH2 d'aminoàcids , proteïnes i àcids nucleics , etc) ja que es dissolen quan interaccionen amb les molècules polars de l'aigua.
Fig. 3: Interacció entre les molècules d'aigua i els grups polars
Les molècules d’aigua també poden dissoldre substàncies salines que es dissocien i formen dissolucions salines. En aquest cas els ions de les sals són atrets pols dipols d’aigua, tot quedant "atrapats" i recoberts de molècules d’aigua en forma d’ions hidratats com es veu a la següent animació
Hi ha tres tipus de substàncies si considerem el seu comportament respecte amb l'aigua:
* Polars (hidròfiles) : hi són solubles
** Composts iònics; atracció ió - aigua
** Composts no iònics ; atracció entre els grups funcionals polars i l'aigua mitjançant ponts d'hidrogen.
* Substàncies no polars (hidròfobes). Hi són insolubles. Tenen tendència a unir-se entre elles tot excloent l'aigua. Formen emulsions . Ex: oli.
* Substàncies amfipàtiques: es tracta de molècules que posseeixen en la seua estructura grups polars i no polars. Se solubilitzen mitjançant la formació de micel·les o bicapes lipídiques. Ex: àcids grassos , fosfolípids.
2. L'aigua com a reacctiu químic
La major part de les reaccions químiques del matebolisme cel·lular tenen lloc al si de l'aigua. A més , aquesta molècula presenta una gran reactivititat deguda a la capacitat de les molècules d'aigua a dissociar-se en H+ i OH-
Les sals minerals
Aquests principis immediats inorgànics es poden presentar de tres maneres:
- Precipitades. Sòlides, insolubles en aigua. Formen estructures amb funció estructural de protecció i sosteniment. Exemple: CO3Ca de les petxines o dels ossos.
- Dissoltes , en forma d'ions:
Cations : Na+ , K+ , Ca2+ , Mg+
Anions : Cl- , SO4- , CO32- , HCO3- , NO3- .
Tenen funcions dinàmiques: Mantenen la pressió osmòtica , són amortidors del pH o realitzen accions específiques : el Ca2+ participa en la contracció muscular o la coagulació de la sang; el Na+ ,i el K+ en la transmissió de l'impuls nerviós , etc.
- Associades a molècules orgàniques com als fosfolípids , hemoglobina etc.
Funcions de les sals minerals
1) Esquelètica:
* Closques de CO3Ca de les petxines i altres mol·luscs
* Esquelet intern dels vertebrats, la part mineral dels quals està formada per fosfats i carbonats de calci; el Ca F2 és present a l'esmalt dentari.
2) Manteniment del grau de salinitat del medi intern, és a dir, la regulació
dels processos osmòtics.
3) Equilibri iònic i sistemes tampó.
Els organismes vius no soporten variacions de pH superiors a unes dècimes d'unitat , ja que afecten a l'estabilitat de l'estructura de les proteïnes i per tant la seua funció biològica. Es necessita , doncs , un mecanisme de control que mantinga constant el pH de les cèl·lules i del medi intern. Els organismes vius controlen les variacions de pH mitjançant els sistemes tampó o buffer , els quals tendeixen a impedir la variació del pH quan s'afegeixen quantitats moderades d'ions H+ OH-.
