Ejercicio resuelto de Agua · Biología · País Vasco · 2024

Opción 1A (2,5 puntos)
El agua, un compuesto extraordinariamente simple, es, sin embargo, una sustancia de características tan excepcionales y únicas que sin ella sería imposible la vida. Con respecto a la molécula del agua:

a) (0,5 puntos) Dibuje una molécula de agua y señale las áreas positivas y negativas.
b) (0,5 puntos) ¿Cuáles son las consecuencias principales de la polaridad de la molécula de agua?
c) (0,5 puntos) Cite dos moléculas que pueden formar puentes de hidrógeno con el agua
d) (1,0 punto) Cite cuatro propiedades físico-químicas del agua que son importantes para los sistemas vivos. Elige una de ellas y explica por qué es importante para los seres vivos.

$\textbf{a) (0,5 puntos) Dibuje una molécula de agua y señale las áreas positivas y negativas.}$

La molécula de agua está formada por un átomo de oxígeno unido a dos de hidrógeno mediante enlaces covalentes sencillos, y no es lineal: los dos enlaces forman un ángulo de $104{,}5^{\circ}$ porque los dos pares de electrones no enlazantes del oxígeno los comprimen.

El oxígeno es mucho más electronegativo que el hidrógeno, de modo que atrae hacia sí los electrones compartidos. Aparece así una carga parcial negativa sobre el oxígeno y una carga parcial positiva sobre cada hidrógeno. Y como la molécula es angular, esas cargas no se compensan entre sí: la suma de los dos dipolos de enlace da un momento dipolar resultante distinto de cero, dirigido hacia el oxígeno. Si la molécula fuese lineal se anularían y el agua no sería polar.



$\textbf{b) (0,5 puntos) ¿Cuáles son las consecuencias principales de la polaridad de la molécula de agua?}$

La consecuencia inmediata es que las moléculas de agua se atraen entre sí: el polo positivo de una queda frente al polo negativo de otra y se establece un enlace de hidrógeno. Cada molécula puede formar hasta cuatro, de modo que el agua líquida es una red cambiante de moléculas unidas, y de ahí derivan casi todas sus propiedades.

De ello se siguen su elevada cohesión, su alto calor específico y su alto calor de vaporización, su gran tensión superficial y el hecho de que el hielo sea menos denso que el agua líquida, porque al congelarse los puentes de hidrógeno fijan las moléculas en una red abierta.

La otra gran consecuencia es su capacidad disolvente. Al ser polar, el agua rodea a los iones y a las moléculas polares formando capas de solvatación que vencen las fuerzas que los mantenían unidos: es el disolvente universal de la vida. En cambio no disuelve las sustancias apolares, que al ser excluidas se agrupan entre sí, y esa exclusión es la que ordena las bicapas lipídicas de las membranas y el plegamiento de las proteínas.

$\textbf{c) (0,5 puntos) Cite dos moléculas que pueden formar puentes de hidrógeno con el agua}$

Para formar un puente de hidrógeno con el agua una molécula debe tener grupos polares con oxígeno o nitrógeno.

La glucosa, y en general cualquier monosacárido, lo hace a través de sus numerosos grupos hidroxilo, y de ahí que sea muy soluble.

Las proteínas lo hacen a través de los grupos amino y carboxilo de sus aminoácidos y de los radicales polares de estos, lo que explica su hidratación y su solubilidad.

Podrían citarse igualmente el amoníaco, el etanol o las bases nitrogenadas de los ácidos nucleicos.

$\textbf{d) (1,0 punto) Cite cuatro propiedades físico-químicas del agua que son importantes para los sistemas vivos. Elige una de ellas y explica por qué es importante para los seres vivos.}$

Propiedad	En qué consiste Elevado poder disolvente	Disuelve sales, glúcidos, proteínas y gases, y es el medio en que ocurren todas las reacciones del metabolismo Elevado calor específico	Absorbe mucho calor variando poco su temperatura Elevado calor de vaporización	Necesita mucha energía para pasar a vapor Elevada fuerza de cohesión y tensión superficial	Sus moléculas se mantienen unidas y la superficie se comporta como una lámina elástica Menor densidad del hielo que del agua líquida	El hielo flota sobre el agua

Se desarrolla el elevado calor específico, que es el que sostiene la homeostasis térmica.

Para elevar un grado la temperatura del agua hay que romper parte de sus puentes de hidrógeno, y eso consume mucha energía. En consecuencia, el agua absorbe o cede grandes cantidades de calor experimentando cambios de temperatura muy pequeños. Como los seres vivos están constituidos por agua en un $65$ a $75\,\%$, esa inercia térmica actúa como amortiguador: las reacciones del metabolismo desprenden calor continuamente y el ambiente cambia de temperatura a lo largo del día, pero la temperatura interna del organismo apenas oscila, y las enzimas —que se desnaturalizan con facilidad— pueden seguir trabajando en su intervalo óptimo.

La misma propiedad, a escala planetaria, explica que los océanos suavicen el clima de las zonas costeras y que la vida acuática disponga de un medio térmicamente estable.