Ejercicio resuelto de Agua · Biología · País Vasco · 2022

Opción 1A (2.5 puntos)
En relación con las propiedades fisicoquímicas del agua:

a) (0,75 puntos) Indique cuál es el origen de la polaridad de las moléculas de agua, y qué tipo de interacciones establecen entre sí dichas moléculas a causa de la polaridad.
b) (0,75 puntos) Cite dos funciones del agua relacionadas con su poder disolvente.
c) (1,0 punto) Explica brevemente la influencia de los cambios bruscos de pH en las células. Indica qué tipo de disoluciones se utilizan para amortiguar dichos cambios.

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{(0,75}}\mathbf{\text{puntos)}}\mathbf{\text{Indique}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{origen}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{polaridad}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{mol}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{culas}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{agua,}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{tipo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{interacciones}}\mathbf{\text{establecen}}\mathbf{\text{entre}}\mathbf{\text{s}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{dichas}}\mathbf{\text{mol}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{culas}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{causa}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{polaridad.}}$

El origen de la polaridad está en dos hechos que se suman.

El primero es la diferencia de electronegatividad. El oxígeno es mucho más electronegativo que el hidrógeno, de modo que atrae hacia sí los electrones de los dos enlaces covalentes. Sobre el oxígeno aparece así una carga parcial negativa y sobre cada hidrógeno una carga parcial positiva.

El segundo es la geometría de la molécula. El agua no es lineal, sino angular: los dos enlaces forman un ángulo de ${\mathrm{104,5}}^{\circ }$ porque los dos pares de electrones no enlazantes del oxígeno los comprimen. Por eso los dos dipolos de enlace no se anulan entre sí, sino que se suman en un momento dipolar resultante dirigido hacia el oxígeno. Si la molécula fuese lineal, como el $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$, se cancelarían y el agua no sería polar.

La interacción que establecen entre sí es el enlace de hidrógeno o puente de hidrógeno: el hidrógeno de una molécula, con su carga parcial positiva, es atraído por el oxígeno de otra, con su carga parcial negativa. Cada molécula de agua puede formar hasta cuatro de estos enlaces, dos por sus hidrógenos y dos por los pares libres de su oxígeno. Son enlaces débiles individualmente y de vida muy corta, pero tan numerosos que en conjunto dan al agua líquida la cohesión de la que derivan casi todas sus propiedades.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{(0,75}}\mathbf{\text{puntos)}}\mathbf{\text{Cite}}\mathbf{\text{dos}}\mathbf{\text{funciones}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{agua}}\mathbf{\text{relacionadas}}\mathbf{\text{con}}\mathbf{\text{su}}\mathbf{\text{poder}}\mathbf{\text{disolvente.}}$

La función de medio de reacción. Al ser polar, el agua disuelve las sales, los glúcidos, los aminoácidos y en general las moléculas polares e iónicas, rodeándolas con capas de solvatación que vencen las fuerzas que las mantenían unidas. Esa disolución es la condición para que las moléculas se muevan y choquen, y por tanto para que ocurran las reacciones del metabolismo: prácticamente todas las reacciones celulares tienen lugar en medio acuoso.

La función de transporte. Las sustancias disueltas viajan con el agua por el interior del organismo: los nutrientes, los gases y las hormonas a través del plasma sanguíneo en los animales, y la savia bruta y elaborada en los vegetales. Del mismo modo, los productos de desecho se eliminan disueltos en la orina y el sudor.

Podría añadirse una tercera, la función osmótica: al ser el disolvente, el agua es la que se desplaza a través de las membranas semipermeables y determina la turgencia de las células y el intercambio entre compartimentos.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{(1,0}}\mathbf{\text{punto)}}\mathbf{\text{Explica}}\mathbf{\text{brevemente}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{influencia}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{cambios}}\mathbf{\text{bruscos}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{pH}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{c}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{lulas.}}\mathbf{\text{Indica}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{tipo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{disoluciones}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{utilizan}}\mathbf{\text{para}}\mathbf{\text{amortiguar}}\mathbf{\text{dichos}}\mathbf{\text{cambios.}}$

El pH determina el estado de ionización de los grupos ácidos y básicos de las biomoléculas, y de ese estado dependen su conformación y su función. Un cambio brusco protona o desprotona esos grupos y rompe las interacciones iónicas y los puentes de hidrógeno que sostienen la estructura terciaria de las proteínas.

La consecuencia más grave recae sobre los enzimas, que se desnaturalizan: al deformarse su centro activo dejan de reconocer al sustrato y la actividad catalítica cae a cero, con lo que el metabolismo se detiene. Cada enzima tiene además un pH óptimo estrecho, y basta apartarse de él una o dos unidades para que su actividad se desplome. Se alteran igualmente el transporte a través de las membranas, la estabilidad de los ácidos nucleicos y el equilibrio osmótico.

Para evitarlo, el medio interno se mantiene en un intervalo muy estrecho —el plasma sanguíneo humano, entre $\mathrm{7,35}$ y $\mathrm{7,45}$— mediante disoluciones amortiguadoras, también llamadas tampón o buffer. Están formadas por un ácido débil y su base conjugada, de modo que cuando llegan protones al medio la base los capta y cuando el medio se alcaliniza el ácido los cede, con lo que el pH apenas varía.

El más importante en la sangre es el sistema del bicarbonato, y en el interior de la célula, el sistema del fosfato; las propias proteínas, por su carácter anfótero, actúan también como tampón.

$\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\rightleftharpoons {\mathrm{H}}_2\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3\rightleftharpoons \mathrm{H}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3^{-}+{\mathrm{H}}^{+}$