Biomolècules inorgàniques: Aigua

L'aigua és el compost fonamental de la vida ja que aquesta es desenvolupa en aquest medi. Si fem una ullada a la quantitat d'aigua present en els éssers vius, podem arribar a la conclusió que com més activitat fisiològica presenti aquest ésser més quantitat d'aigua contindrà. Així les algues presenten més del 90% d'aigua en la seva estructura mentre que les llavors i espores en presenten menys d'un 10%.
A partir d'això podem esmentar tres arguments que recolzen la seva importància per a la vida:

• És el medi primitiu en la qual es va originar i desenvolupar la vida.
• És el component més abundant de la matèria viva.
• Constitueix l'espai vital intern de tots els éssers vius, ja siguin terrestres o aquàtics.

A nivell estructural, l'aigua està formada per dos àtoms d'hidrogen i un d'oxigen. Tal i com vam comentar en el post anterior, forma dos enllaços covalents que li confereixen gran estabilitat una qualitat única: la dipolaritat. Aquest dipol permanent, fa que les molècules d'aigua s'atreguin entre sí formant els anomenats ponts d'hidrogen o enllaç d'hidrogen. Aquesta és la causa de que tot i ser una molècula amb un pes específic molt baix, l'aigua presenti un estat líquid a temperatura ambient a diferència d'altres molècules amb les mateixes característiques.


D'altra banda, quan la temperatura baixa dels 0ºC i l'aigua es solidifica, les molècules s'ordenen formant hexàgons, que són estructures més grans i presenten més espais entre els àtoms. Aquest fet explica perquè el gel és menys dens i flota sobre l'aigua líquida, un altre característica primordial i que va afavorir el desenvolupament de la vida en el nostre planeta.
A part de les propietats anteriors, la característica estructura molecular de l'aigua també li confereix certes propietats fonamentals:

• Elevada força de cohesió: La integritat estructural de l'aigua deguda als enllaços de pont d'hidrogen en el seu estat líquid, fa que sigui un líquid gairebé incompressible i per tant, perfecte per a donar volum a les cèl·lules i provocar turgència a les plantes. Així mateix, aquest fenomen, també explica la seva elevada tensió superficial. Això fa que la seva superfície oposi una gran resistència a trencar-se i per tant hi hagi certs organismes que viuen associats a aquesta pel·lícula superficial. La capil·laritat es una altre propietat associada a la força de cohesió. Aquesta propietat permet que l'aigua pugui ascendir per conductes estrets, tan sols per la seva capacitat d'adherir-se a les parets.

• Elevada calor específica: La calor específica és la quantitat de calor que es necessita per augmentar un grau centígrad la temperatura d'un cos. El fet que l'aigua líquida estigui formada mitjançant enllaços d'hidrogen, fa que es necessiti molta energia per tal de trencar-los i agitar les molècules (aquesta vibració és la que determina la calor que posseeix la substància). Això la converteix en un fantàstic estabilitzador tèrmic que protegeix l'organisme davant dels canvis bruscos de temperatura.

• Elevada calor de vaporització: El calor de vaporització és la quantitat de calor que s'ha de donar a una substància per tal que s'evapori, és a dir, es doni a terme el canvi d'estat de líquid a gas. En el cas de l'aigua, per tal de fer aquest pas, cal que es trenquin tots els enllaços d'hidrogen, per tant es necessària una gran quantitat d'energia. Això fa que sigui un bon refrigerant mitjançant la transpiració.

• Elevada densitat de l'estat líquid respecte del seu estat sòlid: Tal com hem comentat abans, l'estructura de l'aigua en estat sòlid implica més espais entre els àtoms i per tant quan les molècules d'aigua s'ordenen aquestes ocupen més espai que en estat líquid. Això fa que el gel pesi menys que l'aigua líquida i per tant floti formant una capa termoaïllant que permet la vida a sota. Si el gel fos més dens que l'aigua líquida, aquest s'enfonsaria i acabaria per congelar-se tota l'aigua.

• Elevada constant dielèctrica: El fet d'estar constituïda per molècules dipolars fa que sigui un gran dissolvent de compostos iònics i dels compostos covalents polars. Les molècules d'aigua envolten les molècules polars fins al punt de separar-les en anions i cations. Aquest procés s'anomena solvatació iònica. Aquesta capacitat de dissolució i la seva abundància en el medi natural fa que sigui el medi idoni per al desenvolupament de les reaccions químiques i també com a vehicle de transport de substàncies. Segons la solubilitat en aigua les substàncies es classifiquen en: 
• Hidròfiles: Substàncies polars o iòniques que en aigua es dissolen amb facilitat però en substàncies apolars o dissolvents orgànics no.
• Hidròfobes: Substàncies apolars, insolubles en aigua però solubles en dissolvents orgànics.
• Amfipàtiques: Una part de la molècula es polar i per tant soluble en aigua, mentre que l'altre part és apolar i no soluble en aigua. Això fa que la molècula en entrar en contacte amb l'aigua es disposi en capes o micel·les de manera que la part polar queda envoltada d'aigua i la part apolar queda aïllada de la mateixa. Si aquesta substància entrés en contacte amb dissolvents orgànics, la micel·la es situaria al revés, la part apolar en contacte amb l'hidrocarbur i la part polar aïllada. Aquesta propietat es fonamental en l'estructura de la membrana plasmàtica de les cèl·lules.

 

• Baix grau d'ionització: La ionització és la capacitat que té una molècula per transformar-se en ions. Sols 1 molècula de cada 10.000 es troba ionitzada i això fa que el seu pH sigui de 7. En aquest sentit, la seva capacitat d'ionitzar-se s'utilitza com a referent per a determinar si una substància és àcida, és a dir pH menor de 7 o bàsica, pH major de 7. Així mateix, té la capacitat d'actuar com una base molt dèbil o com un àcid molt dèbil, per tant pot arribar a influir en les reaccions químiques que es donin en el seu medi.

A partir d'aquestes característiques podem determinar una sèrie de funcions de l'aigua en els éssers vius:

• Funció dissolvent i de transport de substàncies.
• Funció bioquímica, ja que l'aigua intervé en nombroses reaccions químiques, com per exemple la hidròlisi (ruptura d'enllaços amb la intervenció de l'aigua).
• Funció estructural: L'aigua dóna volum i turgència a les cèl·lules.
• Funció mecànica amortidora: en els vertebrats, entre les articulacions, hi ha bosses de líquid sinovial que evita el fregament entre els ossos.
• Funció termoreguladora: Deguda a la seva elevada calor específica, molt important en el cas dels animals homeoterms (aquells que poden mantenir la seva temperatura estable).