Moleculas Hidrofobicas

Exclusión de las moléculas Hidrofóbicas

El papel primordial del agua en el metabolismo de los seres vivos se debe sus propiedades físicas y químicas, derivadas de la estructura molecular.

A temperatura ambiente es líquida, al contrario de lo que cabría esperar, ya que otras moléculas de parecido peso molecular (SO2, CO2, SO2, H2S, etc) son gases. Este comportamiento se debe a que los dos electrones de los dos hidrógenos están desplazados hacia el átomo de oxigeno, por lo que en la molécula aparece un polo negativo, donde está el oxígeno, debido a la mayor densidad electrónica, y dos polos positivos, donde están los dos hidrógenos, debido a la menor densidad electrónica. La molécula de agua son dipolos

Entre los dipolos del agua se establecen fuerzas de atracción llamados puentes de hidrógeno, formándose grupos de 3-9 moléculas. Con ello se consiguen pesos moleculares elevados y el agua se comporta como un líquido. Estas agrupaciones, le confieren al agua sus propiedades de fluido, en realidad, coexisten estos pequeños polímeros de agua con moléculas aisladas que rellenan los huecos.

Los enlaces por puentes de hidrógeno son, aproximadamente, 1/20 más débiles que los enlaces covalentes, el hecho de que alrededor de cada molécula de agua se dispongan otras moléculas unidas por puentes de hidrógeno, permite que se forme en el seno del agua una estructura ordenada de tipo reticular, responsable en gran parte del comportamiento anómalo y de sus propiedades físicas y químicas.

El carácter bipolar y su capacidad para formar puentes de hidrógeno hacen del agua el líquido que más sustancias disuelve y por eso se la considera como el disolvente universal. La solubilidad de las moléculas está determinada en forma primordial por su polaridad y por su capacidad para formar puentes de hidrógeno con el agua. Las moléculas orgánicas no iónicas, con grupos funcionales polares, como los alcoholes y los carbohidratos de cadena pequeña, son muy solubles en agua. Estas moléculas se dispersan entre las moléculas de agua, con las cuales sus grupos funcionales forman puentes de hidrógeno. Las sustancias que se disuelven con facilidad en el agua, incluyendo las sustancias iónicas, como el cloruro de sodio y las polares como la glucosa y el azúcar de mesa (sacarosa), se dice que son hidrofílicas, palabra derivada de las voces griegas hydor = agua y phílos = amigo.

Las sustancias no polares son insolubles en agua. Los hidrocarburos, por ejemplo, tienen una solubilidad muy baja porque las moléculas del agua tienden a interactuar con ellas mismas en vez de hacerlo con las moléculas de la sustancia no polar. Al quedar excluidas, estas moléculas tienden a reunirse entre sí. El fenómeno de exclusión de las sustancias no polares por el agua se llamada efecto hidrofóbico (hydor = agua y phóbos = temor), por lo cual se dice que las moléculas no polares son hidrofóbicas.

En el caso de las disoluciones iónicas (Fig. 4), los iones de las sales son atraídos por los dipolos del agua que se insertan entre ellos, orientando hacia cada uno la parte de carga eléctricamente opuesta quedando “atrapados” y recubiertos de moléculas de agua. Este apantallamiento debilita considerablemente la atracción entre los iones cristalinos, lo que reduce la cohesión del cristal dando lugar entonces a iones hidratados o solvatados.

La capacidad disolvente del agua efectúa dos funciones:

1-el agua constituye el medio en donde ocurren las reacciones del metabolismo

2-el agua forma sistemas de transporte de diversas sustancias.

Elevada fuerza de cohesión

Los puentes de hidrógeno mantienen las moléculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido difícil de comprimir. Por esto puede funcionar en algunos animales como un esqueleto hidrostático, como ocurre en algunos gusanos perforadores capaces de agujerear la roca mediante la presión generada por sus líquidos internos.

Los seres vivos se han adaptado para utilizar químicamente el agua en dos tipos de reacciones:

a) En la fotosíntesis en la que los enzimas utilizan el agua como fuente de átomos de hidrógeno.

b) En las reacciones de hidrólisis, en que los enzimas hidrolíticos han explotado la capacidad del agua para romper determinados enlaces hasta degradar los compuestos orgánicos en otros más simples, durante los procesos digestivos

Consecuencias del puente de hidrógeno

Los puentes de hidrógeno son los responsables de las propiedades características del agua; entre ellas, de la gran cohesión, o atracción mutua, de sus moléculas. La cohesión trae como consecuencia la alta tensión superficial que permite, por ejemplo, que una hoja de afeitar colocada delicadamente sobre la superficie del agua flote.

La enorme cantidad de puentes de hidrógeno que presenta el agua también es responsable de su resistencia a los cambios de temperatura. El agua tiene un alto calor específico -o capacidad calorífica- un alto calor de vaporización y un alto calor de fusión. La acción capilar -o capilaridad- y la imbibición son también fenómenos relacionados con las uniones entre moléculas de agua. Si se mantienen dos láminas de vidrio juntas y se sumerge un extremo en agua, la cohesión y la adhesión combinadas harán que el agua ascienda entre las dos láminas por capilaridad. De igual modo, la capilaridad hace que el agua suba por tubos de vidrio muy finos, que ascienda en un papel secante, o que atraviese lentamente los pequeños espacios entre las partículas del suelo y, de esta manera, esté disponible para las raíces de las plantas. La imbibición, por otra parte, es la absorción o penetración capilar de moléculas de agua en sustancias tales como la madera o la gelatina que, como resultado de ello, se hinchan. Las presiones desarrolladas por imbibición pueden ser sorprendentemente grandes.

El agua como solvente

Dentro de los sistemas vivos, muchas sustancias se encuentran en solución acuosa. Una solución es una mezcla uniforme de moléculas de dos o más sustancias. La sustancia presente en mayor cantidad, que es habitualmente líquida, se llama solvente, y las sustancias presentes en cantidades menores se llaman solutos. La polaridad de las moléculas de agua es la responsable de la capacidad solvente del agua. Las moléculas polares de agua tienden a separar sustancias iónicas, como el cloruro de sodio (NaCl), en sus iones constituyentes. Las moléculas de agua se aglomeran alrededor de los iones con carga y los separan unos de otros.

Este diagrama muestra al cloruro de sodio (NaCl) disolviéndose en el agua a medida que las moléculas de ésta se aglomeran alrededor de los iones individuales

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