Molécula de Agua
La más abundante de todas las moléculas que componen a los seres vivos es el agua, que ocupa entre el 50 y el 95 % del peso de los seres vivos, aunque esta no se halle repartida homogéneamente, ya que, por ejemplo, el interior de las células y los tejidos conjuntivos suelen tener mucha agua mientras que huesos, pelo y escamas tienen muy poca. En una persona adulta hay un promedio de 42 litros de agua, de los cuales cerca de 28 litros están localizados en el interior de las células conformando su citoplasma, alrededor de 11 litros se encuentran en el fluido intersticial y los restantes 3 litros se encuentran en la porción fluida de la sangre.
A menudo se considera al agua como un líquido inerte que llena los espacios vacíos entre las células pero en realidad es una molécula que reacciona con muchas otras moléculas participando de manera importante en el metabolismo celular. La vida en la tierra depende del agua y donde hay agua hay vida, desde la vida microscópica que encontramos adherida a un pequeño grano de tierra y que subsiste gracias a la poca humedad que queda retenida en él, hasta las enormes ballenas que viven en los océanos; desde los cálidos trópicos ecuatoriales hasta los gélidos polos terrestres; desde las cimas de las montañas hasta los profundos acantilados y cavernas. Dondequiera que encontremos agua, la vida estará presente.
Para comprender sus extraordinarias propiedades, es necesario adentrarse en su estructura. Cada molécula de agua está compuesta de un átomo de Oxígeno y dos de Hidrógeno que se unen por medio de un enlace covalente de tipo polar. La molécula de agua es neutra, es decir, tiene igual número de protones y de neutrones, sin embargo, es una molécula polar pues la repartición de sus electrones no es homogénea. Debido a la fuerte atracción que ejerce el núcleo del átomo de Oxígeno por los electrones, aquellos electrones que son compartidos por el enlace covalente con el Hidrógeno pasan más tiempo orbitando alrededor del núcleo del Oxígeno del que pasan alrededor de los núcleos de los Hidrógenos.
Como consecuencia de esto, la región que ocupan los átomos de Hidrógeno tiene menos electrones en un determinado momento y por lo tanto adquiere una carga ligeramente positiva. Por otro lado, el átomo de Oxígeno tiene dos pares de electrones que no se encuentran formado ningún enlace y que generan una ligera carga negativa en la región donde orbitan. De esta forma, la molécula de agua tiene cuatro regiones, dos ligeramente cargadas positivamente y dos ligeramente negativas, por esta razón funciona como un pequeño imán a escala molecular. Debido a la distribución tetraédrica de estas cargas permiten que una molécula de agua pueda formar puentes de hidrógeno con otras cuatro moléculas de agua vecinas.
Esta propiedad de molécula polar le confiere al agua sus características fisicoquímicas. Las moléculas de agua interactúan entre sí por medio de las fuerzas de atracción intermoleculares que son muy altas comparadas con las de otros líquidos y eso le confiere una cohesión molecular interna elevada, es decir, las moléculas de agua tienden a mantenerse unidas unas con otras con mucha fuerza. Esta fuerza se conoce como Puente de Hidrógeno y ocurre cuando una zona parcialmente positiva (Hidrógeno) de una molécula se aproxima a la zona ligeramente negativa (Oxígeno) de otra molécula. Un puente de hidrógeno es relativamente fuerte, pero comparado con un enlace covalente o iónico es muy débil y además tiene una vida media extremadamente corta, de 1/100,000,000,000 (un cien mil millonésimo) segundo, pero cuando uno se rompe, instantáneamente se forma otro, de tal forma que en su conjunto hacen que las moléculas de agua se aferren estrechamente como un líquido y que puedan adoptar la forma del recipiente que las contiene sin importar que forma tenga.
La formación de puentes de hidrógeno en las moléculas de agua no esta restringido a su estado líquido, también se dan estas interacciones en la fase de vapor y en el hielo, sólo que las características y duración del puente son diferentes. En agua líquida, cada molécula se encuentra formando puente de hidrógeno con un promedio de 3.6 moléculas de agua en un determinado momento, (recordemos que estos puentes de hidrógeno son muy efímeros) mientras que en el hielo cada molécula de agua forma cuatro puentes de hidrógeno y en el vapor es extremadamente variable. Además, la distancia entre las moléculas de agua también es diferente: en el hielo, el puente de hidrógeno es más largo que en el agua y por consiguiente el hielo es menos denso y por eso flota en el agua.
Cuando dos moléculas están unidas por un sólo enlace de hidrógeno su interacción será muy débil en un sistema acuoso porque las moléculas de agua vecinas competirán para formar enlaces de hidrógeno con el soluto. Sin embargo, en moléculas grandes como el DNA y las proteínas, una vez que se ha formado un enlace de hidrógeno aumenta la probabilidad de que se forme otro y estos dos favorecerán grandemente la formación de un tercer y luego un cuarto y así sucesivamente. Este efecto se llama cooperatividad y es muy importante para la estabilidad de las macromoléculas y crucial para el plegamiento correcto y rápido de las proteínas.
Los puentes de hidrógeno no son exclusivos del agua, sino que pueden formarse siempre que un Hidrógeno esté unido a un átomo muy electronegativo (es decir, que tiene una atracción fuerte por los electrones, por ejemplo, un Oxígeno o un Nitrógeno) y un átomo electronegativo de otra molécula. Los puentes de hidrógeno son muy abundantes en macromoléculas como el ADN y las proteínas en donde participa en su estabilidad y en su interacción con otras moléculas.
Ir al tema siguiente: Consecuencias del puente de hidrógeno.
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A menudo se considera al agua como un líquido inerte que llena los espacios vacíos entre las células pero en realidad es una molécula que reacciona con muchas otras moléculas participando de manera importante en el metabolismo celular. La vida en la tierra depende del agua y donde hay agua hay vida, desde la vida microscópica que encontramos adherida a un pequeño grano de tierra y que subsiste gracias a la poca humedad que queda retenida en él, hasta las enormes ballenas que viven en los océanos; desde los cálidos trópicos ecuatoriales hasta los gélidos polos terrestres; desde las cimas de las montañas hasta los profundos acantilados y cavernas. Dondequiera que encontremos agua, la vida estará presente.
Para comprender sus extraordinarias propiedades, es necesario adentrarse en su estructura. Cada molécula de agua está compuesta de un átomo de Oxígeno y dos de Hidrógeno que se unen por medio de un enlace covalente de tipo polar. La molécula de agua es neutra, es decir, tiene igual número de protones y de neutrones, sin embargo, es una molécula polar pues la repartición de sus electrones no es homogénea. Debido a la fuerte atracción que ejerce el núcleo del átomo de Oxígeno por los electrones, aquellos electrones que son compartidos por el enlace covalente con el Hidrógeno pasan más tiempo orbitando alrededor del núcleo del Oxígeno del que pasan alrededor de los núcleos de los Hidrógenos.
Como consecuencia de esto, la región que ocupan los átomos de Hidrógeno tiene menos electrones en un determinado momento y por lo tanto adquiere una carga ligeramente positiva. Por otro lado, el átomo de Oxígeno tiene dos pares de electrones que no se encuentran formado ningún enlace y que generan una ligera carga negativa en la región donde orbitan. De esta forma, la molécula de agua tiene cuatro regiones, dos ligeramente cargadas positivamente y dos ligeramente negativas, por esta razón funciona como un pequeño imán a escala molecular. Debido a la distribución tetraédrica de estas cargas permiten que una molécula de agua pueda formar puentes de hidrógeno con otras cuatro moléculas de agua vecinas.
Esta propiedad de molécula polar le confiere al agua sus características fisicoquímicas. Las moléculas de agua interactúan entre sí por medio de las fuerzas de atracción intermoleculares que son muy altas comparadas con las de otros líquidos y eso le confiere una cohesión molecular interna elevada, es decir, las moléculas de agua tienden a mantenerse unidas unas con otras con mucha fuerza. Esta fuerza se conoce como Puente de Hidrógeno y ocurre cuando una zona parcialmente positiva (Hidrógeno) de una molécula se aproxima a la zona ligeramente negativa (Oxígeno) de otra molécula. Un puente de hidrógeno es relativamente fuerte, pero comparado con un enlace covalente o iónico es muy débil y además tiene una vida media extremadamente corta, de 1/100,000,000,000 (un cien mil millonésimo) segundo, pero cuando uno se rompe, instantáneamente se forma otro, de tal forma que en su conjunto hacen que las moléculas de agua se aferren estrechamente como un líquido y que puedan adoptar la forma del recipiente que las contiene sin importar que forma tenga.
La formación de puentes de hidrógeno en las moléculas de agua no esta restringido a su estado líquido, también se dan estas interacciones en la fase de vapor y en el hielo, sólo que las características y duración del puente son diferentes. En agua líquida, cada molécula se encuentra formando puente de hidrógeno con un promedio de 3.6 moléculas de agua en un determinado momento, (recordemos que estos puentes de hidrógeno son muy efímeros) mientras que en el hielo cada molécula de agua forma cuatro puentes de hidrógeno y en el vapor es extremadamente variable. Además, la distancia entre las moléculas de agua también es diferente: en el hielo, el puente de hidrógeno es más largo que en el agua y por consiguiente el hielo es menos denso y por eso flota en el agua.
Cuando dos moléculas están unidas por un sólo enlace de hidrógeno su interacción será muy débil en un sistema acuoso porque las moléculas de agua vecinas competirán para formar enlaces de hidrógeno con el soluto. Sin embargo, en moléculas grandes como el DNA y las proteínas, una vez que se ha formado un enlace de hidrógeno aumenta la probabilidad de que se forme otro y estos dos favorecerán grandemente la formación de un tercer y luego un cuarto y así sucesivamente. Este efecto se llama cooperatividad y es muy importante para la estabilidad de las macromoléculas y crucial para el plegamiento correcto y rápido de las proteínas.
Los puentes de hidrógeno no son exclusivos del agua, sino que pueden formarse siempre que un Hidrógeno esté unido a un átomo muy electronegativo (es decir, que tiene una atracción fuerte por los electrones, por ejemplo, un Oxígeno o un Nitrógeno) y un átomo electronegativo de otra molécula. Los puentes de hidrógeno son muy abundantes en macromoléculas como el ADN y las proteínas en donde participa en su estabilidad y en su interacción con otras moléculas.
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