Estructura de Macromoléculas. Javier Sancho

Lección 1. El agua y las membranas biológicas

 

1.      Papel del agua en los seres vivos.

2.      Estructura y polaridad de la molécula de agua: puentes de hidrógeno.

3.      Disolución de sustancias iónicas y polares.

4.      Insolubilidad de sustancias apolares: efecto hidrófobo.

5.      Influencia del agua en la estructura de las macromoléculas.

6.      Adecuación del ambiente acuoso a los seres vivos

7.      Observación sobre el papel de las membranas biológicas como disolvente

 

Para saber más:   Agua es vida.PDF   wiki/Water

 

http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2003/agre.jpg

 

Nobel Prize in Chemistry 2003 to Peter Agre for the discovery of water channels

 

“Boy, this thing is found in red cells, kidney tubes, plant tissues; have you considered it might be the long-sought water channel?”

 

“Although the oocytes expressing the 28 kDa protein and the control oocytes looked the same, when transferred from isotonic solution to distilled water all six control oocytes were unaffected whereas all six 28 kDa oocytes immediately exploded like popcorn.”

 

1.      Papel del agua en los seres vivos. La vida se originó en el agua. Es la molécula más abundante de los seres vivos. Es el disolvente esencial de las moléculas biológicas. Es sustrato de muchas reacciones. Muchas moléculas biológicas adquieren su forma por interacción con las moléculas de agua.

2.      Estructura y polaridad de la molécula de agua: puentes de hidrógeno.  En la molécula de agua, los electrones de la capa de valencia del oxígeno muestran hibridación sp3. Por eso los dos átomos de hidrógeno se localizan en los vértices de un tetraedro centrado en el oxígeno y los dos pares de electrones sin compartir en los dos vértices restantes. La molécula es casi esférica. Como el oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno, los enlaces del agua están polarizados. Cuando un átomo de hidrógeno de un enlace polarizado se aproxima al átomo electronegativo de otra molécula, se forma un puente de hidrógeno. Las moléculas de agua forman entre sí puentes de hidrógeno. En promedio, cada molécula de agua forma 4 puentes en el hielo y 3.6 en el agua. El agua es una molécula polar debido a la disposición espacial de sus enlaces polarizados. Esta polaridad determina que las moléculas interactúen con fuerza, lo que se refleja en muchas de sus propiedades físicas.

3.      Disolución de sustancias iónicas y polares.  El agua disuelve bien a las sustancias polares y iónicas. En las moléculas biológicas abundan grupos polares y iónicos (OH, SH, COO-, NH3+, PO4-) que facilitan su disolución.

4.      Insolubilidad de sustancias apolares: efecto hidrófobo.  El agua apenas disuelve a las sustancias apolares. Las moléculas de este tipo, sumergidas en agua, se asocian espontáneamente, lo que se conoce como efecto hidrófobo. El efecto hidrófobo se explica habitualmente de la siguiente manera. Las moléculas apolares perturban la estructura del agua en su proximidad disminuyendo el número de enlaces de hidrógeno. Como reacción, las moléculas de agua se ordenan hasta adoptar una estructura parecida a la del hielo, aumentando así el número de puentes de hidrógeno. Este ordenamiento disminuye la entropía del agua. Cuando las moléculas apolares se aproximan entre sí y entran en contacto, la superficie total que exponen al agua disminuye y así disminuye también el número de moléculas de agua hiperordenadas, con lo que la entropía del agua aumenta. Este aumento de entropía determina que la asociación de moléculas apolares en agua sea un fenómeno espontáneo. Algunas moléculas son anfipáticas (contienen grupos polares y apolares). Cuando se disuelven en agua, se asocian formando micelas o membranas en las que sus grupos apolares se asocian ‘escondiéndose’ del agua.

5.      Influencia del agua en la estructura de las macromoléculas. Determina la forma de las proteínas y de los ácidos nucleicos por el efecto hidrófobo (interior apolar y exterior polar). Determina la formación de las membranas biológicas.

6.      Otras propiedades del agua beneficiosas para los seres vivos. Su alto calor específico la convierte en tampón térmico. Su alto calor de vaporización origina la acción refrigerante del sudor. La menor densidad del hielo respecto al agua hace que el hielo actúe de aislante en la superficie de estanques, evitando su congelación

7.      Observación sobre el papel de las membranas biológicas como disolvente. Así como el agua determina la forma que adoptan las moléculas flexibles que se disuelven e interactúan con ella, las membranas biológicas determinan la forma de las moléculas que residen en ellas (al disolverse en ellas mejor que en agua). Las proteínas más características de las membranas se describen en la lección 7. Es más apropiado presentar la estructura, propiedades y funciones de las membranas biológicas en el marco de cursos de Biología Celular por al menos dos razones: las membranas no son macromoléculas y sus funciones van mucho más allá de su carácter de disolvente de determinadas proteínas (aunque buena parte de tales funciones son posibles en virtud de esta propiedad).

 

agua2aguapolarizadapdeH1pdeHenaguahieloanfipaticasclatratodeaguadisolucionsalefectohidrmembrana1micelasnucleotidoordenamientoordenamiento2tablagruposfuncionalestablaaguapentanotablagasestablaaguapolar