Ejercicio resuelto de Agua · Biología · Castilla y León · 2022

a) Explicar el fundamento de la capacidad disolvente del agua. Indicar dos ejemplos de funciones biológicas del agua relacionadas con esta propiedad. (0,5)

b) Describir qué es un sistema tampón y poner un ejemplo. (0,5)

c) ¿A qué grupo de biomoléculas pertenecen las enzimas? Cuál es su función biológica. Explicar, con la ayuda de un esquema gráfico, la relación de la actividad enzimática con la temperatura. (1,0)

$\textbf{a) Explicar el fundamento de la capacidad disolvente del agua. Indicar dos ejemplos de funciones biológicas del agua relacionadas con esta propiedad. (0,5)}$

El fundamento está en la polaridad de la molécula. El oxígeno es mucho más electronegativo que el hidrógeno y además la molécula es angular, de modo que las cargas no se compensan: queda una densidad de carga negativa sobre el oxígeno y positiva sobre los hidrógenos, es decir, un dipolo permanente. Gracias a él, las moléculas de agua forman puentes de hidrógeno entre sí y con cualquier otra molécula polar o con carga.

Por eso el agua rodea a los iones de una sal, los separa de la red cristalina y los mantiene dispersos —lo que se llama solvatación—, y disuelve igualmente las moléculas orgánicas polares, como los glúcidos o los aminoácidos. Es el disolvente universal de los seres vivos.

Dos funciones biológicas que se derivan de esa capacidad: ser el medio en el que transcurren prácticamente todas las reacciones metabólicas, porque las biomoléculas solo reaccionan si están disueltas; y ser el vehículo de transporte de sustancias, tanto de los nutrientes que llegan a las células como de los productos de desecho que salen, en la sangre, en la linfa o en la savia.

$\textbf{b) Describir qué es un sistema tampón y poner un ejemplo. (0,5)}$

Un sistema tampón, amortiguador o buffer es una disolución formada por un par ácido-base conjugado que se opone a las variaciones de pH: si se añade un ácido, la forma básica capta los protones sobrantes, y si se añade una base, la forma ácida los cede. El resultado es que el pH del medio se mantiene casi constante aunque entren o salgan protones, lo que resulta imprescindible porque las enzimas solo funcionan en un intervalo estrecho de pH.

Como ejemplo sirve el tampón carbonato-bicarbonato, el más importante de la sangre:

$CO_2 + H_2O \rightleftharpoons H_2CO_3 \rightleftharpoons HCO_3^{-} + H^{+}$

También vale el tampón fosfato, formado por el par dihidrogenofosfato-monohidrogenofosfato, que actúa sobre todo en el interior de las células.

$\textbf{c) ¿A qué grupo de biomoléculas pertenecen las enzimas? Cuál es su función biológica. Explicar, con la ayuda de un esquema gráfico, la relación de la actividad enzimática con la temperatura. (1,0)}$

Las enzimas pertenecen al grupo de las proteínas, es decir, son prótidos; algunas llevan además un cofactor no proteico. Hay también unas pocas moléculas de ARN con actividad catalítica, las ribozimas.

Su función biológica es la de biocatalizadores: aceleran las reacciones del metabolismo disminuyendo su energía de activación, sin consumirse en ellas y sin modificar el equilibrio final, solo el tiempo que se tarda en alcanzarlo. Son extraordinariamente específicas y actúan en cantidades muy pequeñas.

La relación con la temperatura es una curva en campana asimétrica:



Al principio, subir la temperatura aumenta la velocidad de la reacción, porque las moléculas se mueven más deprisa y los choques eficaces entre la enzima y el sustrato son más frecuentes; de hecho la velocidad casi se duplica por cada diez grados. Ese aumento continúa hasta la temperatura óptima, que en las enzimas humanas está en torno a los 37 grados.

A partir de ahí ocurre lo contrario: la agitación térmica empieza a romper los enlaces débiles que sostienen el plegamiento —puentes de hidrógeno, interacciones iónicas e hidrofóbicas—, la enzima se desnaturaliza, el centro activo pierde su geometría y la actividad cae bruscamente hasta anularse. Por eso la caída es mucho más abrupta que la subida, y por eso es irreversible: enfriar de nuevo no devuelve la actividad.